Revista Mecatronica Atual - Edicao 003, Notas de estudo de Mecatrônica

Baixe Revista Mecatronica Atual - Edicao 003 e outras Notas de estudo em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity! 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 SEÇÃO DO LEITOR SEÇÃO DO Controle PID Gostaria de sugerir uma matéria sobre Controles PID (Proporcio- nal, Integral, Derivativo) que são utilizados em programação de PLCs, pois é muito difícil encontrar material detalhado sobre este assunto. Atenciosamente, Vagner Hiroshi Inoue Caros editores, Sou graduando de Engenharia de Controle e Automação da Uni- versidade Federal de Santa Catarina, e gostei muito dos artigos que li nas duas primeiras edições da revista Mecatrônica Atual. O fato de integrar vários campos da Mecatrônica numa linguagem acessível, tor- na essa revista muito interessante e de fácil leitura. Gostaria de suge- r i r ar t igos na área de cont ro le de processos, como t ipos de controladores, estratégias de controle, sintonia de controladores PID, etc. Obrigado e parabéns, Guilherme Figueira Althoff Caros Vagner e Guilherme, Uma vez que o nosso maior interesse é produzir uma revista útil, é muito importante que os leitores façam as suas sugestões e nos alertem para aquilo que julgarem estar faltando na revista. Mesmo que não seja possível atender a todas as sugestões, procuramos publicar aque- las que são mais solicitadas, como foi o caso do controle PID. Obriga- do pelo apoio e continuem nos auxiliando. Obrigado a todos os leitores que nos enviaram cartas e e-mails. Infeliz- mente o espaço não é suficiente para publicar todas as cartas, mas esco- lhemos aquelas que julgamos trazer informações para a maior parte dos leitores. Continuem enviando os seus comentários, críticas, sugestões, pois somente com esse suporte poderemos adequar as nossas publicações ao que nossos leitores necessitam. Cartas: Editora Saber Rua Jacinto José de Araújo, nº 315 CEP 03087-020 – São Paulo – SP – Brasil E-mail: a.leitor.mecatronicaatual@editorasaber.com.br Direito de resposta Gostaria de parabenizá- los pela 2ª edição da revis- ta Mecatrônica Atual . Já vejo um progresso à medi- da que vão surgindo novas edições. No entanto, é de nosso interesse que se pu- bliquem afirmações com to- tal certeza e sem parcialida- des. O fato a que me refiro trata de uma notícia relata- da na Seção do Leitor onde um leitor afirma generica- mente que os profissionais que saem dos CEFETs não conhecem CLPs, inverso- res, dentre outros. É claro que publicações técnicas só nos trazem benefícios e me- lhoramentos, mas chegar ao ponto de publicar uma notí- cia dessas numa revista de âmbi to nac iona l , É DE- MAIS! Sou fo rmado no CEFET-CE em Tecnologia de Mecatrônica e não admi- tiria aceitar um diploma de graduação sem pelo menos ter visto algo sobre esse as- sunto. Os CEFETs têm com- promisso com a qualidade de ensino e se isso está ocorrendo é por motivo de complacência dos alunos dessa instituição. Obrigado, Artur Teixeira Caro Artur Nós é que agradecemos a sua contribuição e pedi- mos desculpas se causa- mos algum constrangimen- to aos alunos do CEFETs, pois não foi essa a nossa intenção. A Seção do Leitor é um espaço onde vocês po- dem, além de fazer suges- tões e críticas, manifestar as suas opiniões. Admitimos porém que houve uma falha de nossa parte, pois o leitor se manifestou de forma genera- lizada, o que certamente não representa a verdade. MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20024 SEÇÃO DO LEITOR Prezados Editores: Sou leitor da publicação Mecatrônica Atual e te- nho obtido um grande retorno de informações técnicas na área de automação industrial. Sou técnico em Instrumentação há 16 anos, já tendo trabalhado em di- versas indústrias de diferentes setores. Atualmente, gos- taria que, se possível, fossem publicados nas próximas edições artigos referentes a Interfaces de Processo R.P.I, talvez em parceria com a Pepperl+Fuchs ou Sense, e tam- bém um artigo sobre Interbus, este em parceria com a Phoenix Contact. Gostaria de parabenizá-los sobre o detalhamento técnico na publicação sobre Inversores de Freqüência na revista de nº 02 da Mecatrônica Atual, de fevereiro. Desde já, agradeço pela atenção. Claudinei da Costa Bispo Gostaria de parabenizá-los pela matéria sobre Inver- sores de Freqüência. O tema foi abordado de maneira bastante didática e com bons exemplos. Gostaria de saber qual é a periodicidade da revista. Carlos Pires Prezados Claudinei e Carlos, Ficamos felizes que tenham gostado da matéria sobre inversores de freqüência. Quanto às suas su- gestões, elas estão anotadas. Está sendo publicada na revista Saber Eletrônica uma série muito boa sobre redes Fieldbus que, certamente, será muito útil para vocês. Pretendemos, futuramente, abordar esse assunto também na revista Mecatrônica Atual. Quanto à periodicidade da revista, ela é bimestral (esperamos que em breve ela se torne mensal!). Penso que há um equívoco na interpretação da fórmula E=K.(Phi).n (Mecatrônica Atual - número 2, pág.8) quando se diz que: “também o fluxo magnéti- co influencia a rotação, só que de modo inverso - quanto maior o fluxo, menor a rotação e vice-ver- sa”, pois a principal componente da constante K é o número de espiras das bobinas do motor. Logo, um motor com alto fluxo magnético (e portanto, alto torque) pode ter maior rotação se projetado com me- nor número de espiras. Não é assim com um transformador? Um transformador pequeno tem alto número de espiras por volt, já um transformador com maior área no núcleo e, portanto, maior fluxo mag- nético, tem menor número de espiras por volt. Djalma Toledo Rodrigues Caro Djalma, A fórmula está correta. Em um acionamento CC, quanto menor o fluxo magnético, maior a ro- tação. Existem até sistemas supervisórios em que, na ausência do campo de excitação, os relés ou contatores desligam o motor para que o mesmo não se danifique por excesso de velocidade de rotação. A fórmula em questão refere-se à força con- tra-eletromotriz induzida, e não à consumida. Tal- vez esse conceito é que o tenha confundido. De qualquer forma, valeu a sua participação. Às vezes uma dúvida, por mais básica que possa parecer, pode ajudar vários leitores com dificul- dades em campo. Obrigado Djalma, e continue colaborando. Inversores de freqüência - I Oi! Curso Engenharia Mecânica na Escola Superior de Engenharia da U.E.A em Manaus e Produção Mecânica no CEFET-AM. Há algum tempo vinha procurando uma revista que estivesse voltada para a área da Mecânica. Quando vi a “Mecatrônica Atual” pela primeira vez, fiquei tão entusias- mado que nem pude acreditar que houvesse uma revista especializada em Mecânica e Eletrônica ao mesmo tempo e que abordasse os assuntos e as aplicações que ambas possuem. Agora posso ampliar meus conhecimentos, esta- belecer novas metas para o futuro e estar bem informado por essa (conceituada) revista. Agradeço desde já a todos os colaboradores que farão dessa publicação um grande sucesso, assim como foram as outras. Um forte abraço! Jarison Alan F. Maciel Caro Jarison, Somos nós, aqui da Redação, que agradecemos pelas suas palavras de incentivo. Quando decidimos criar as revistas de Mecatrônica, nosso desejo foi justamente preencher uma lacuna que existia no segmento das publicações técnicas. É bom saber que elas estão cumprindo plenamente o seu papel. Agradecimento Erramos Na última edição, no artigo “Eletropneumática”, quando o autor descreve a função “E”, houve uma troca nas referências das figuras. O circuito Pneu- mático Equivalente está representado na figura 11-d e o Circuito Elétrico Equivalente é mostrado na figura 11-c. No artigo “Robôs Manipuladores – 1ª parte" a fi- gura 8 refere-se à quatro tipos de anatomia dos robôs manipuladores e não ao seu espaço de trabalho. NOTÍCIAS 7MECATRÔNICA ATUAL Nº3 - ABRIL/2002 NOTÍCIA MECATRÔNICA NOTÍCIAS Newton C. Braga O Primeiro Robô da Johnson & Johnson na América Latina é Instalado em Fábrica de São José dos Campos A fábrica de escovas dentais da Johnson & Johnson, em São José dos Campos, acaba de ganhar um colaborador inusitado - um robô. A máquina, que coleta, empilha e inspeciona as embalagens blister das marcas Johnson & Johnson e Reach, é a primeira do gênero que a empresa instala na América Latina. A expectativa é que no decorrer do ano outras duas linhas de es- covas também ganhem um robô, concluindo a automatização da pro- dução. A atividade executada pelo robô é a seguinte: ele retira as embalagens, verifica se não há embalagem sem escova, colo- ca uma cinta em cada dúzia e empilha as mesmas. Caso algu- ma cartela não contenha escova dentro, ela é automaticamen- te descartada. O objetivo da aplicação de um robô foi aumentar a velocida- de do equipamento. Mas houve outros ganhos, pois além da agi l ização do processo, eliminou-se uma atividade de risco ergonômico alto, pela velocidade e repetição dos movimentos. Este benefício está intimamente ligado às preocupações com o ambi- ente de trabalho e à qualidade de vida dos funcionários. Dentro desse espírito, a automação das atividades executadas pelo robô não causou demissões na fá- brica. Os funcionários envol- vidos neste trabalho foram direcionados para outras tare- fas, incluindo a operação de máquinas. A Banner Lança Sensor de Longo Alcance A Banner Engineering Corp., de Minneapolis, USA, lançou o L- GAGE LT3, um sensor laser para medidas de longo alcance. Esse produto utiliza laser classe 2, podendo medir distâncias de objetos com um alcance de até 50 metros. Com a nova tecnologia de “Time-of-Flight”, o LT3 mede com precisão o tempo que o feixe de laser demora para ir e voltar até o objeto do qual se deseja sa- ber a distância. O sensor tem um alcance de 0,3 a 3 metros para objetivos cinzas, e de 0,3 a 5 metros para objetos brancos. Para distâncias maiores, existe um mo- delo retrofletor com alcance de até 50 metros. O sensor tem saídas analógicas e digitais e ainda uma função remota TEACH. Com es- sa função pode-se programar o objeto centralizado em uma jane- la estreita de 1 metro sem a ne- cessidade de se ajustar o poten- ciômetro. Mais informações no site www.bannerengineering.com.br A Surfware está anunciando seu novo produto, o SURFCAM 2D Free, despachado para usuários regis- trados desde 4 de dezembro. O SURFCAM 2D é um software gra- tuito consistindo num sistema CAD/ CAM completo, com translators IGES-in, DWG-in e DXF-in, capacida- des de trabalho em dois eixos, drilling e contorno, editor NC, DNC básico (Direct Number Control) e uma seleção de re- cursos. Mais informações sobre o pro- Disponível o Novo Software SURFCAM 2D Free duto poderão ser obtidas em www. surfware.com onde o leitor, ademais, poderá registrar-se para receber o produto. O produto que rodará duran- te 14 dias na versão demo tem con- dições limites de operação. MECATRÔNICA ATUAL Nº3 - ABRIL/20028 NOTÍCIAS Fluxímetros de Acrílico de Alta Durabilidade tura, dessalinização, analisa- dores de gás, geradores a gás e sistemas de distribuição para tra- tamento de água. Mais informa- ções podem ser obtidas em: www.keyinstruments.com MOSFET Com Sensoriamento de Temperatura - Vishay Cientistas da Lucent Technologies do Bell Labs Calculam Limite Teórico Para Comunicações em Fibras Ópticas No ano passado os cien- tistas da Lucent Technologies anunciaram o limite teórico para a quantidade de infor- mações que podem ser transmitidas por uma fibra óptica. Esse limite teórico é de 100 terabits de informa- ções, ou aproximadamente 20 bilhões de e-mails e 1 pá- gina, simultaneamente, por uma única fibra. Com essa capacidade, a demanda de serviços de banda larga tais quais os que envolvem a trans- missão de imagem, pode ser atendida sem problemas até que um novo gargalo surja com o aparecimento de alguma nova tecnologia. Para a Robótica lembramos que as fi- bras ópticas são empregadas para interligar sistemas e essa velocidade deve (pelo menos por enquanto) atender as mais altas necessidades de trans- missão de informações que existem. É claro que ainda estamos longe do limite, pois os mais rápidos sistemas atuais ope- ram com “apenas” 2 terabits de informações por segundo. A di- ficuldade maior no cálculo te- órico reside no fato de que a velocidade da luz depende mui- to das propriedades do vidro usado na fabricação das fibras e isso a torna dependente tam- bém da intensidade do feixe, o que não ocorre no espaço li- vre. Mais informações podem ser obtidas no site: http:// www.lucent.com Um novo MOSFET de potên- cia com recursos de sensoria- mento de temperatura foi lança- do recentemente pela Siliconix Incorporated (Vishay). Destina- do a aplicações na indústria e na linha automotiva, esse com- ponente oferece a mais baixa re- sistência entre todos os MOSFETs protegidos em invó- lucro DPAK - apenas 7,5 mohms com uma tensão de gate de 10 V. No mesmo invólucro são integrados em oposição dois diodos de poli-silício. O novo componente, denominado SUB 50N04-07LT tem uma tensão de ruptura de 40 V e pode manusear correntes de até 50 ampères. Além disso, ele possui uma temperatura máxima de junção de 175 oC. Uma nova linha de fluxíme- tros de baixo custo para apli- cações de fluxo de fluidos e gases foi lançada na América Latina pela Key Instruments. Os medidores Flow-Rite fo- ram projetados visando rapi- dez de instalação e de des- montagem para manutenção. A empresa está estabelecendo novas parcerias para distribui- ção na América Latina. Dentre as aplicações dos medidores Flow-Rite, destaca- mos os arrefecedores para sis- temas de condicionamento de ar, torres de estiramento de fi- bras ópticas, equipamentos de amostragem de ar, aquacul- NOTÍCIAS 9MECATRÔNICA ATUAL Nº3 - ABRIL/2002 NOTÍCIA A Laser Research Optics, de Rhode Island (USA), está dis- ponibilizando uma ampla linha de lentes de ZnSe para uso com laser de CO2 de fabricantes como a Amada, Cincinnati, Ma- zak, Mitsubishi e outras. Essas lentes possuem distâncias fo- cais de 2,5 a 51 cm, estando dis- poníveis em tamanhos de 15,24 a 50,8 mm de diâmetro. As len- tes são otimizadas para operação com 10,6 µm de comprimento de onda. Essas lentes são indi- cadas para uso em sistemas de corte, furação, gravação e solda laser. Mais informações podem ser obtidas no site da empresa em www.laserresearch.net Um novo catálogo contendo instrumentos da AEMC para medidas de luz, umidade e tem- peratura está disponível. Nele, podemos encontrar informa- ções sobre os principais produ- tos da empresa, que são alimen- Catálogo de Instrumentos Para Medidas Ambientais Lentes Para Laser de CO2 Software da Motoman Reduz o Tempo de Parada de Manutenção dos Robôs Com o objetivo de otimizar em pelo menos 50% o tempo despendido para a manuten- ção dos seus robôs, a Moto- man inc. desenvolveu o Ro- botPro, software que facilita e agiliza a identificação de problemas nos robôs e, por conseguinte, as perdas de- correntes da interrupção da produção desses. A Motoman, empresa do grupo Yaskawa, é responsá- vel pela fabricação de robôs para inúmeras apl icações como solda a arco, solda a ponto, rebarbação, montagem, corte, manuseio de materiais, paletização e pintura. A varie- dade de robôs, cada qual com a sua peculiaridade, para atender as mais diferentes funções, faz com que haja, também, um RobotPro para cada um. O RobotPro é, segundo Icaru Rocco Sakuyoshi, co- ordenador de robót ica da Yaskawa Elétrica do Brasil, “ ferramenta indispensável no auxí l io à manutenção dos Motoma que, além de o- timizar a manutenção, tam- bém a torna mais precisa, já que presc inde da de- tecção do problema por ten- tativa e erro.” O software, que custa apro- ximadamente nove mil reais, está disponível para con- troladores ERC, MRC e XRC. Mais informações no site: www.yaskawa.com.br tados por bateria, possuem mos- tradores de cristais líquidos, além de funções impor tantes como MAX e HOLD em todas as unidades. Mais informações podem ser obtidas no site da empresa em www.aemc.com MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20021 2 MECÂNICA INDUSTRIAL A vida nominal de um fuso de esferas ou das guias lineares de ro- lamentos é dada pelo número de re- voluções, ou seja, pelo número de operações ou ciclos por hora para uma dada velocidade constante. Este número representa o quanto o elemento suporta trabalhar sem que apresente algum sinal de fadiga (ge- ralmente os sinais de fadiga apare- cem sobre alguma pista de rolagem, através de escamas ou lascas), da mesma forma como acontece nos rolamentos que suportam determi- nadas (milhares) horas de trabalho, se aplicados corretamente. Devemos lembrar que a vida no- minal de um dado elemento, fornecida em catálogos de fabricantes ou pe- los projetistas, é um número para nos basearmos, não significa que um ele- mento de 5236 horas irá parar ou apre- sentar algum sinal de fadiga só quan- do completar as 5236 horas, ou que depois de 5236 horas o elemento não atenda mais por algumas horas. Figura 4 - Circuito de recirculação. Figura 5 - Caminho helicoidal. Figura 6 - Exemplo nº 3 (em máquina). Figura 7 - Gráfico de rendimento mecânico dos fusos. Figura 8 - Algumas guias lineares. É preciso, no entanto, ter em men- te que a durabilidade prevista de um elemento está garantida se observar- mos os parâmetros especificados pelo fabricante para o dado elemen- to. Vejamos alguns exemplos: Alinhamento O fuso de esferas e a guia linear de rolamentos devem ser montados em perfeito alinhamento. Deve ser ob- servado o tipo de montagem, se ho- rizontal, vertical, inclinado, e a influ- ência da carga e das forças que agem sobre a carga em cada tipo de montagem (figuras 9, 10 e 11); os fabricantes fornecem as tolerâncias admissíveis de desvio para cada componente, conforme tipo, tama- nho, aplicação,etc. É preciso conhecer as tolerânci- as admissíveis na aplicação destes Figura 3 - Fuso de esfera desmontado. MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 MECÂNICA INDUSTRIAL 1 31 3 elementos. Para aqueles que desejam se aprofundar no es- tudo destes componentes é indispensável conhecer as to- lerâncias de forma e posição (sistema de cotagem que indi- ca a precisão de paralelismo, planicidade, circularidade,per- pendicularidade, entre várias outras variáveis que dizem respeito à tolerância de po- sicionamento e formato geo- métrico de um componente ou entre as peças do conjunto montado) para efetuar ou su- pervisionar uma perfeita mon- tagem destes componentes, vide figura 12. Sentido de aplicação e grandeza da força (carga) O fuso de esferas deve re- ceber apenas cargas axiais, não radiais, já as guias linea- res permitem a ação de forças e momentos de direções dife- rentes, no entanto, todas as cargas precisam ser conside- radas na hora da seleção do componente. Montagem das guias lineares A superfície de apoio das guias deve ser limpa, não con- tendo rebarbas, finas camadas de limárias de ferro, corpos es- tranhos ou coisas do tipo. Deve também possuir um acabamen- to polido e recoberta com um fina camada de óleo de baixa viscosidade. O encaixe dos parafusos deve ser perfeito, ou seja, não pode ser feita uma montagem forçada, pois isso comprome- teria o alinhamento, impossibi- litando o bom funcionamento das guias. Velocidade Cada elemento deve trabalhar dentro da velocidade para a qual foi projetado. Se a velocidade é uma grandeza variável no projeto, deve-se especificar isso quando da especificação de compra ou con- tato com fabricante, para que o mesmo oriente diferentes tipos de elementos com diferentes materi- ais de fabricação. Lubrificação Boa lubrificação garante o bom funcionamento do elemen- to, preserva o as superfícies de contato e sua duração (vida útil). É essencial utilizar o lubrifican- te recomendado pelo fabrican- te, deve-se observar a periodi- cidade de troca do lubrificante. Também é bom saber que al- guns fabricantes protegem seus componentes com substâncias que impedem que os mesmos sofram corrosão, não sendo substâncias lubrificantes para serem usados durante a opera- ção do equipamento, devendo ser eliminadas quando da mon- tagem do elemento. A lubrificação é um impor- tante item a ser lembrado quan- do da operação destes elemen- tos de máquinas. A falta ou o excesso de lubrificante prejudi- ca o bom funcionamento do ele- mento e reduz sua vida útil, é sempre importante usar o lubri- ficante recomendado pelo fabri- cante, uma vez que misturas de lubrificantes diferentes podem resultar em uma terceira subs- tância com propriedade agres- siva ao elemento. Temperatura A temperatura de trabalho é outro dado importante na hora da seleção e aplicação do elemen- to. Existe hoje a necessidade de aplicação do mesmo tipo de equi- pamento, tanto em laboratórios na área médica (áreas relativa- mente frias) quanto em indústri- as de tratamento térmico, ou seja, indústrias quentes. Portan- to, devemos especificar compo- nentes que atendam as faixas de temperatura reais a que vão ser submetidos. Início de operação Depois de montados estes ele- mentos estarão limpos e lubrificados. Antes de colocar o equipamento a plena carga, é aconselhável que se Figura 9 - Posição horizontal de montagem. Figura 11 - Guias lineares sujeitas a cargas diversas. Figura 10 - Posição inclinada de montagem. MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20021 4 MECÂNICA INDUSTRIAL façam várias operações em baixa velocidade e carga, desta forma é possível checar a característica de reversibilidade do elemento, a preci- são de posicionamento e verificar se o mesmo funciona como esperado. RECOMENDAÇÕES PARA SELEÇÃO Aqui, estaremos abordando ape- nas parâmetros básicos para sele- ção destes elementos, pois a gama de aplicação é muito vasta, deven- do o projetista, no momento da es- pecificação, entrar em contato com os fornecedores de sua preferência e especificar as condições de traba- lho do componente: comprimento, lar- gura, parâmetros críticos, cargas, momentos que serão aplicados (no caso das guias), velocidade, acele- ração e desaceleração, vida requerida ou esperada, precisão, Figura 12 - Tolerâncias admissíveis em função do componente. acabamento ou qualquer outra va- riável que se fizer necessária. Classificação segundo a carga dinâmica Este tipo de avaliação é usado para estimar a vida do componente até sua fadiga, baseado em uma car- ga axial constante em magnitude e direção. Carga dinâmica equivalente As ações das cargas em um fuso de esferas e nas guias linea- res podem ser ca lcu ladas de acordo com as leis da Mecânica, se as forças forem conhecidas, ou seja, forças de inércia, potên- cia de transmissão, rotação, ve- locidade, aceleração, entre ou- tras. Isso se faz necessário para que se possa calcular a carga di- nâmica equ iva lente , def in ida como uma carga hipotética, cons- tante em magnitude e direção, de ação axial e centrada sobre o fuso. É uma carga que, se apli- cada, produziria o mesmo efeito em termos de vida úti l que as cargas atuais produzem. Classificação pela capacidade de carga estática Se um elemento suporta uma carga limite em estado estático de movimento, uma deformação local e permanente poderá ocor- rer nas esferas e na régua (guias lineares) ou na superfície da ros- ca (fuso de esferas). Quando a de- formação é excessiva, o movimento pode não ser suave, quando as esferas estão em contato num es- forço máximo. A capacidade de carga estática nominal se define como uma carga constante unidir- ecional que produz deformações permanentes, cuja soma das de- formações nas esferas e na super- fície de rolagem (régua ou no fuso), equivalem a 0,0001 vezes o diâme- tro da esfera. Velocidade limite permissível para os fusos de esferas A velocidade limite permissível para um fuso de esferas é aquela que ele não pode exceder por não poder desenvolvê-la em algum mo- mento com segurança, que é dada Figura 13 - Ajuste de pré-carga. Tabela 1 - Valores de referência para o fator estático de segurança ( fs). AUTOMAÇÃO 1 7MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 Existem basicamente dois tipos de natureza de controle: os auto-operados e os operados por alguma energia externa. Entre os auto-operados podemos citar o mais co- nhecido entre eles, o controle de nível por bóia, esse que existe em qualquer caixa d’ água de nossas residências (figura 1). Seu princípio de funcio- namento é muito sim- ples: quando o nível do reservatório está baixo a bóia não está acionada, fa- zendo com isso que o fluxo de água passe pela tubu- lação. Então, o nível de água vai subindo até que esta aciona a bóia cortando o fluxo de água. Eis uma forma clássica de controle de nível empregada des- de a antigüidade até os dias de hoje. Já os controladores baseados em energia exter- na podem ser dos tipos: • Controlador pneumático; • Controlador hidráulico; • Controlador elétrico ou eletrônico. Como controlar, por exemplo, a velocidade de um motor para que em regime de operação ele forneça sempre uma determinada rotação, independentemente da carga a ele acoplado? Ou, como podemos garantir que em um processo a temperatura de um material esteja inde- pendente de fatores externos a 250ºC ? Vamos abordar, neste artigo, um tema amplamente utilizado em todas as áreas onde precisamos de um controle realmente preciso de uma deter- minada grandeza física, o controle PID. Figura 1 - Controle de nível por bóia. Resumindo o funcionamento deles, temos que uma grandeza precisa ser controlada (temperatura, nível, pressão, vazão, pH, velocidade, posição,...). Para manter essa grandeza sob controle precisamos de algumas informações: Juliano Matias AUTOMAÇÃO MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20021 8 • Valor desejado – Set-Point (SP); • Valor real ou valor do processo (PV); • Algoritmo de controle. Com base nessas informações, o controlador com- para o valor desejado (SP) com o valor do processo (PV) e determina, com base no algoritmo de controle, o valor de correção na saída do controlador para que o va- lor do processo (PV) se apro- xime do valor desejado (SP), conforme ilustra a figura 2. Existem alguns algorit- mos de controle que veremos com maiores detalhes, os quais podem operar individu- almente ou trabalhar em con- junto, conforme a precisão esperada do controle e tam- bém conforme o processo: • Controle ON-OFF; • Controle com ação pro- porcional (P); • Controle com ação inte- gral (I); • Controle com ação deri- vativa (D). CONTROLE ON-OFF É também conhecido com o o controle de “duas posi- ções”, ou controle “liga e des- liga”. O sinal de saída tem apenas duas posições que vão de um extremo ao outro, podendo ser: válvula aberta ou válvula fechada, resistên- cia ligada ou resistência desli- gada, compressor ligado ou compressor desligado. Anali- semos pela figura 3 um controlador ON-OFF. Neste exemplo temos um ambiente com temperatura controlada: o valor desejado de tempera- tura é dado pelo SP, o valor atual de temperatura (PV) é medido por um sensor de tem- peratura (por exemplo, um termopar), a função do contro- lador é a de chavear a resis- tência tendo como parâmetro o valor de temperatura forne- cido pelo sensor de modo que mantenha a temperatura no valor determinado pelo SP dentro do ambiente. Veja- mos agora, na figura 4, que no instante 1 a tempera- tura tende a ficar abaixo do SP, nesse instante a re- sistência R é ligada através do relé K1 com a função de elevar a temperatura até o valor do SP, porém, devido à característica do processo a temperatura Figura 2 - Comparação entre o SP (valor desejado) e o PV (valor do processo). Figura 3 - Controlador ON-OFF. Figura 4 - Detalhamento do chaveamento de R pelo controlador ON-OFF. AUTOMAÇÃO 1 9MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 continua em queda durante algum tempo, antes de mani- festar tendência ascendente. O uso do controle ON- OFF é ideal em aplicações onde a variável a ser contro- lada possui um tempo de res- posta lento. Alguns exemplos de controle ON-OFF: • Estufas; • Ar-condicionado; • Ferro de passar roupa; • Refrigeração de motores a combustão, entre outros. CONTROLE PROPORCIONAL (P) Em processos que reque- rem um controle mais suave que aquele fornecido pelo controlador ON-OFF, pode ser empregado o controle propor- cional (P). O controle proporcional fornece uma relação linear fixa entre o valor da variável controlada e o valor que o atuador de controle pode for- necer. Para ilustrar a ação de um controle proporcional, ve- rifiquemos a figura 5. Este é um processo em que a temperatura de operação pode variar de 50ºC a 550ºC. O elemento controlador tem um raio de ação que fornece ao processo uma faixa de temperatura que vai de 150ºC a 450ºC. O ponto cen- tral é 300ºC com uma faixa de controle de ±150ºC. Quan- do a temperatura está em 150ºC ou menos, o elemento controlador é todo aberto. Quando a temperatura está entre 150ºC e 450ºC, o ele- mento controlador movimen- ta-se para uma posição que é proporcional ao valor da grandeza controlada. A 225ºC o elemento controlador está 75% aberto, a 300ºC está 50% aberto, a 375ºC está 25% aberto e a 450ºC ou mais o elemento controlador está 0% aberto, isto é, com- pletamente fechado. Com isso temos que a faixa de valores é de 300ºC, porém, esse número expressa uma porcentagem da faixa total de excursão da temperatura, que é de 500ºC (50ºC até 550ºC), portanto temos que a faixa proporcional expressa 300ºC/500ºC, ou 60% de todo o alcance da escala. Outra maneira de explicarmos o comportamento desse contro- lador é através do seu Ganho, que é a relação entre a porcentagem de variação do elemento controlador pela variação propor- cional da grandeza. Assim temos: Ganho = (% de variação do ele- mento controlador) / (% de varia- ção da grandeza controlada) No nosso exemplo, o ganho seria de: (100% no elemento controlador) / (60% de variação na grandeza) = 1,66. Figura 5 - Ação de um controle proporcional. Figura 6 - Diagrama eletrônico de um controle proporcional. Figura 7 - Ilustração do off-set. AUTOMAÇÃO MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20022 2 Em uma malha de controle o objetivo é alcançar a estabilidade no menor tempo possível. Um controlador bem ajustado é aquele que tem um caimento de ¼, como mostra a figura 15. Método de otimização Ziegler-Nichols O método de ajuste de con- troladores em malhas fechadas, mais conhecido e utilizado até hoje, foi desenvolvido em 1942 por J.G. Ziegler e N.B.Nichols, quando tra- balhavam na empresa americana Taylor Instrument Company, da ci- dade de Rochester, Nova Iorque. Esse método, apesar de ser o mais antigo, ainda é o mais utilizado por instrumentistas e profissionais da área de controle de processos. O método consiste em determi- nar um ganho chamado de ganho crítico (Gu) e um período chama- Figura 12 - Circuito diferencial ou derivativo. Figura 13 - Circuito combinando ações proporcional e derivativa. Tabela 1 - Equações de ajuste para controladores PID. do período crítico (Pu). Para isso, deve-se seguir al- guns passos: • Tira-se a ação integral e a ação derivativa do controlador, deixando apenas a ação proporcional; • Mantém-se o controlador em modo automáti- co em malha fechada; • Ajusta-se o ganho do controlador em um nível baixo a fim de se evitar oscilações no sistema; • Aumenta-se o ganho, passo a passo, até que a oscilação fique constante em amplitude e período, como ilustrado na figura 16; Com base no ganho crítico e no período crítico os ajustes do controlador são calculados para um ajus- te ideal do controlador. Ziegler e Nichols observaram que em um controlador proporcional o ganho ideal é a metade do ganho crítico, isto é, Ganho = Gu/2 e, com esse ganho obtemos apro- ximadamente uma razão de caimento de ¼. Através de testes, Ziegler e Nichols descobriram que as equações mostradas na tabe- la 1 fornecem bons valores de ajustes para controladores PID. Deve ser observado que as equações são muito ge- néricas e existem várias ex- ceções. CONCLUSÃO Cada tipo de controlador é aplicável a processos que têm certas combinações de carac- terísticas básicas. Ao se es- colher um tipo de controlador, deve-se escolher um que aten- da as necessidades de uma forma mais simples, sendo assim mais econômicas, por exemplo, a utilização de um controlador PID onde poderia muito bem ser utilizado um controle ON-OFF. A FÁBULA DO REGULA- DOR PID E DA CAIXA D’ÁGUA Achei a estória tão inte- ressante que decidi incorporá -la ao artigo. Trata-se de uma fábula contada pela primei- ra vez aos professores da Universidade Técnica de Bruxelas. AUTOMAÇÃO 2 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 Era uma vez uma pequena cida- de que não tinha água encanada. Mas, um belo dia, o prefeito mandou construir uma caixa d’água na serra e ligou-a a uma rede de distribuição. A ligação da caixa com o rio foi feita por meio de uma tubulação. Nessa tubulação colocou-se uma válvula para restringir ou aumentar a vazão. Faltava somente uma pessoa para acionar a válvula. Enfim, foi empregado um velho sem quaisquer conhe- cimentos técnicos. Apesar disso, executou o seu servi- ço durante muitos anos, limi- tando-se a manter o nível d’água na caixa tão constante como podia, alterando a vazão sempre que necessário. Quando o velho alcançou a idade da aposentadoria, os seus três filhos de nomes Isidoro, Pedro e Demétrio ofereceram- se para substituir o pai. Cada um queria resolver a tarefa da maneira mais sim- ples possível. Discutiram as possibilidades de instalar uma válvula acionada por bóia. Ou de um ventil eletro- pneumático, ou de um regu- lador hidráulico, etc... Certo dia, em meio a es- sas discussões, apareceu um primo de visita à casa. Sen- do esse, engenheiro, pediram- lhe a sua opinião quanto às idéias em discussão. O primo pensou e, ao in- vés de apontar uma das al- ternativas como a melhor, perguntou qual a característi- ca de função que possuíam os reguladores por eles idea- lizados. Ficando os três irmãos um pouco desapontados, pois es- peravam uma resposta mais concreta, o primo explicou: mais de um tipo de regulador poderá servir para solucionar o caso, desde que sua fun- ção obedeça as seguintes ca- racterísticas principais: 1) Dando-se uma varia- ção do valor desejado, o re- gulador deverá eliminá-la rá- pida e energicamente, res- tabelecendo o ajuste com exatidão. 2) Terá que alcançar esse ajuste sem provoca- ção de oscilações no valor desejado, não influenciando assim outros valores que Figura 14 - Controle proporcional, integral e derivativo. Figura 15 - Controlador com caimento de 1/4. Figura 16 - Gráficos pelo método de otimização Ziegler-Nichols. AUTOMAÇÃO MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20022 4 dependam de qual está sendo regulado. (Ex: do ní- vel de água depende a pressão na rede de distri- buição). Assim, no começo do dia, Isidoro, o filho mais ve- lho, encontra-se no lugar do pai. É um rapaz simples, mas metódico. Quando nota que o nível d’água está 10 cm abaixo do nível desejado, pensa que o consu- mo aumentará. Por isso começa a abrir a válvula len- tamente de maneira contínua, constatando ao mes- mo tempo que, pouco a pouco, o nível abaixa mais devagar, depois se estabiliza e, enfim, começa a su- bir. No entanto, Isidoro abre a válvula ainda mais até que alcance o nível anterior. Pouco depois, Isidoro percebe que a água continua a subir, estando já aci- ma do nível desejado. Por isso, só com a metade da velocidade Isidoro começa a fechar a válvula, resta- belecendo pouco a pouco o nível exato. Mas, a água continua baixando. Assim, Isidoro vê-se forçado a re- petir a sua manobra ainda algumas vezes sem que a água se mantenha no nível desejado. Isidoro é a própria imagem integral de controle, cuja velocidade de ação é proporcional ao desvio. Isidoro acionará a válvula enquanto este existir, sem nunca alcançar estabilidade por ter a zona de regulagem tam- bém comportamento integral. Em termos matemáticos pode-se dizer que para um desvio “X” do valor regulado, a ação integral é uma manobra do órgão de controle, que pode ser repre- sentada pela fórmula: ∫= dtxfy .. Ao meio dia, Pedro substitui seu irmão Isidoro. Pedro possui o costume de calcular tudo que faz. Ele percebe logo que, quando o nível d’água se encontra 10 cm abaixo do nível desejado, deve dar 5 voltas ao volante da válvula no sentido de abertura para elimi- nar o desvio. Por outro lado, Pedro não se preocupa muito em voltar ao nível original, contentando-se em estabilizar o mesmo. Pensa consigo que este voltará à marca certa assim que diminuir o consumo na al- deia. Pedro descansa até constatar que o nível efeti- vo encontra-se 5 cm acima do desejado. Conforme seu cálculo, Pedro aciona o volante da válvula 2,5 voltas em sentido de fechamento, estabilizando as- sim o nível novamente. Sua manobra é segura e rápida. Mas, quanto à exatidão, Pedro diz que somente é preciso conservar “aproximadamente” a pressão d’água para satisfazer as necessidades da sua cidade. Pedro é a própria imagem da ação de controle pro- porcional, que pode ser representada pela fórmula: )( xfy = Ao fim do dia, Demétrio toma conta do serviço. Demétrio é o mais sofisticado dos três irmãos. Não se preocupa somente com o valor do desvio, mas também com a velocidade com a qual este se altera. Caso a água desça rapidamente 10 cm abaixo do nível desejado, Demétrio dá de uma só vez 10 voltas no volante da válvula em sentido de abertura. Vendo depois que a água sobe devagar, fecha também de- vagar a válvula, e mais devagar quanto menor for a velocidade de aumento de nível, até chegar progres- sivamente à abertura inicial. Caso a água ultrapasse o nível desejado por 5 cm, Demétrio executa a mes- ma manobra de antes, porém em sentido contrário e, além disso, 50% menos acentuado. Demétrio é a própria imagem da ação diferencial, cujo valor é diretamente proporcional ao grau do des- vio e inversamente proporcional à duração deste, po- dendo ser representada pela fórmula: O prefeito encontrou-se diante uma decisão difí- cil. A qual dos candidatos deveria dar o emprego definitivo? Isidoro, a imagem do comportamento integral, de- morou bastante tempo para restituir o nível desejado na caixa d’água. Verdade é que ele acertou todas as vezes o nível exato. Seu método, porém, resultou numa instabilidade absoluta, porque, devido à sua atividade contínua, diversas vezes o nível oscilou fortemente. Seu único recurso contra esse inconve- niente foi acionar a válvula lentamente. Mas, na pro- porção que a manobra era lentamente executada, au- mentou-se o tempo que a população deveria esperar até receber água mesmo nos bairros mais elevados. Pedro, a imagem do comportamento proporcional obteve um resultado diametralmente oposto. Seu mé- todo não resultou em oscilações do nível nem em desvios consideráveis. Mas também não foi capaz de assegurar o nível exato. Demétrio, a imagem do comportamento diferenci- al, trabalhou com energia exagerada demais. Abrindo ou fechando abruptamente a válvula, deu praticamen- te uma chicotada na vazão. Por causa dessa atitude brusca, provocava fortes variações de pressão na rede, não conseguindo também estabelecer o nível exato. Assim, apesar de todos seus esforços, os habitantes da cidade acharam o seu serviço o menos satisfatório. Diante desses resultados o prefeito decidiu com- binar o trabalho dos três candidatos para verificar o efeito. Para esse fim mandou colocar dois tubos de ligação a mais entre o rio e a caixa d’água. Demétrio, porém, encontrava-se impedido, assim que Pedro e Isidoro trabalharam em conjunto, mano- ESPECIAL 2 7MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 Qual Método de Teste ou Tecnologia a ser Utilizada? Decidir sobre o método de teste ou a tecnologia a ser utilizada não é uma tarefa simples. Existem mui- tas considerações, a mais importante é determinar a “Especificação de Teste” que seja correta para sua aplicação.Também é importante entender que “vir- tualmente tudo vaza” em algum nível. Pode levar segundos, minutos, horas, dias, sema- nas, meses, anos, décadas ou séculos para vazar, mas virtualmente tudo vaza. Na maioria das vezes um produto irá desenvolver uma razoável performance antes de qualquer falha. Algumas considerações para selecionar a Tecnologia ou Método de Teste, seriam: • Quanto vazamento é permitido? • Qual é minha especificação de teste? • Qual o valor do investimento? • É necessário localizar o vazamento? • Qual a produção requerida? • De que material é feita a peça ou componente? • Quais são as condições ambientais (temperatu- ra, contaminação, etc...)? • Existe influência do operador? Esses são alguns itens importantes que irão orientá-lo na aplicação do teste de estanqueidade da sua peça ou componente. Considerações na escolha da tecnologia adequada Existem várias tecnologias para detectar vazamen- tos, disponíveis no mercado. Escolher a tecnologia mais adequada para cada caso depende de análise de alguns fatores tais como: • Especificação do cliente; • Taxa de vazamento ou localização do vazamento; • Sensibilidade requerida para detectar a taxa de vazamento; • Produção (qual o tempo permitido para o teste para que o mesmo não represente gargalo na sua produção); • Material da peça ou componente; • Volume e configuração da peça; • Estabilidade da peça quanto à temperatura; • Influência do operador; • Condições ambientais; • Contaminação. Principais tecnologias disponíveis no mercado. • Tanque d’água; • Perda de pressão; • Fluxo de massa; • Espectrômetro de massa a vácuo; • Espectrômetro de massa a gás hélio; • Acústica por ultrassom; • Detectores alógenos; • Detectores por condutividade térmica. Qual a especificação do seu teste de estanqueidade? Determinação de Taxa de Vazamento Taxa de vazamento é determinada por: Perda de pressão ou um volume de uma substân- cia fluindo a partir de um orifício por um período de tempo. Ex: Kpa/segundo ou sccm Unidades de pressão normalmente utilizadas • PSI – Pascal – MPa – inWC – atm – KPa – bar – mbr – mmHg Unidades volumétricas normalmente utilizadas • SCCS (standard centímetros cúbicos por segun- do). Tipicamente usado para pequenos fluxos (menos que 0,10 sccm). • SCCM (standard centímetros cúbicos por minu- to). Tipicamente usado para médios fluxos (entre 0,10 sccm e 1.000 sccm). • LPM ( Litros por minuto) Tipicamente usado para altos fluxos (acima de 1.000 sccm) Unidades de tempos normalmente utilizadas • Segundos, minutos, horas. Conversão de Perda de Pressão/Tempo em Fluxo. Algumas especificações são fornecidas como: perda de pressão/tempo. Outras são definidas usando fluxo como unidade de medida. A conversão é simples: LR = (V x Dp x 60) / (T x 14,7) onde: LR = Taxa de vazamento (cc/m); V = Volume do sistema (peça mais pneumáticos) a ser testado (cc); DP = Mudança de pressão (psi); T = Tempo de teste (segundos); 14,7 = Atmosfera (psi); 60 = conversão para minutos. Essa fórmula dará o resultado em sccm (centí- metros cúbicos por minuto). Exemplo: Suponha que se deseje testar uma peça que tem um volume de 1.000 cc. e a especificação admite ESPECIAL MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20022 8 perda de pressão máxima de 0,060 psi em 60 segun- dos. Usando a expressão acima encontraremos que a LR (taxa de vazamento) é igual a 4,08 sccm. Um erro comum é adaptar perda de pressão/tempo para uma família de peças. Em casos como esses, usualmente, todas as pe- ças de uma mesma família são testadas com a mes- ma especificação perda de pressão/tempo. Ao usar tal método, uma peça de maior volume da mesma família, terá um fluxo maior que uma peça de menor volume embora a aplicação possa ser si- milar ou a mesma. Empregando o mesmo exemplo acima, mas ago- ra testando uma peça similar de maior volume (2.000 cc) da mesma família de peças, você obterá um re- sultado de fluxo de 8 sccm. Como você pode ver, a especificação de teste para esse exemplo permite o dobro de fluxo em rela- ção ao primeiro exemplo. Ambas as peças, porém, podem estar possivelmente aplicadas para o mesmo tipo de trabalho. Portanto é recomendável converter sua especificação de teste para Taxa de Vazamento Volumétrico/ Tempo em vez de Perda de Pressão/ Tempo. Nesta edição vamos nos deter na tecnologia por Perda de Pressão/Vácuo, que tem enorme abran- gência nas aplicações na indústria moderna, e que vem substituindo de forma acentuada os testes em tanque d’água. TECNOLOGIA POR PERDA DE PRESSÃO Princípio de funcionamento A figura 1 mostra as principais características e componentes de um equipamento que utiliza esta tecnologia. O princípio básico se resume em vedar e pressurizar com ar uma peça ou componente, isola- lá da fonte de ar e medir a mudança de pressão du- rante um certo período de tempo. Em sua forma simples, o processo de teste de estanqueidade por perda de pressão requer uma fon- te de ar limpo e seco, um regulador de pressão, vál- vulas de preenchimento/exaustão, e de isolação, temporizador, e um medidor de pressão. Depois de isolar a peça da fonte de ar, um certo período de tempo deverá ser proporcionado para es- tabilizar as condições de turbulência que ocorrem internamente. Após a estabilização, é medida a perda de pressão por unidade de tempo do circuito de teste. A perda de pressão medida é, então, comparada à taxa de vazamento especificada usando-se um pa- drão de referência de vazamento. Sensibilidade A sensibilidade de um sistema por perda de pres- são é limitada ao tempo de espera (ciclo de teste), resolução do medidor, condições do ambiente e con- dições da peça. Embora a sensibilidade de um instrumento mo- derno de teste possa exceder 10-³ sccs, na prática, em ambiente de produção, na maioria dos casos se situa em 10-² sccs. Figura 1 - Características e componentes de um equipamento que utiliza a tecnologia por perda de pressão. ESPECIAL 2 9MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 Aplicações gerais • Especificações maiores que 10-² ccs; • Alta produção; • Testes do tipo aprovado/reprovado, com resulta- dos quantitativos; • Peças de material rígido; • Peças menores de material rígido, com taxas de vazamento menores. Além de amplas aplicações nos setores automotivos, eletroeletrônicos, médico-hospitalar e outros diversos setores fabricantes de peças e com- ponentes. Alguns exemplos de aplicações: • Componentes de freios; • Componentes do sistema de combustível; • Direção hidráulica; • Bombas de água e óleo; • Baterias; • Radiadores; • Componentes do sistema refrigerante; • Válvulas; • Bombas; • Reservatórios; • Catéteres; • Outros. Custo do equipamento e complexidade Custo baixo a moderado, dependendo da comple- xidade dos dispositivos de fixação e vedação. Vantagens • Equipamento basicamente simples; • Proporciona informações quantitativas de taxa de vazamento para SPC; • Excelente para processos de alta produção; • Os resultados de teste independem do operador; • Alta repetitibilidade para peças pequenas com baixas taxas de vazamentos. Restrições • Não indica local do vazamento; • Sensibilidade limitada pelo volume da peça e tem- po de teste; • Sofre influência com as mudanças de tempera- tura da peça e do ambiente; • Tempo de teste para peças de grande volume com pequenas taxas de vazamento. Estão disponíveis no mercado instrumentos para testes por Perda de Pressão, com tecnologia bastan- te avançada que utiliza transdutores de pressão e conversores integrados analógico-digitais de 21 bits que possibilita aos seus instrumentos excelente sensibili- dade. Durante o ciclo de teste um microprocessador pode detectar variações de pressão de até 0,0001 psi e calcular a taxa de vazamento (sccm) resultante. Utilizam software multitarefas que permite ao ope- rador o uso do terminal a qualquer momento sem in- terferir com o teste em andamento. Tipos diferentes de tarefas realizadas pelo software. • Operação de teste de estanqueidade, incluindo controle de dispositivos; • Display de informações; • Parâmetros de tempos, pressão, vazamento, contadores; • Comunicação serial via computador/impressora; • Dados de teste, informações de calibração, esta- belecimento de parâmetros de calibração e autoteste; • Seqüência de calibração automática e sistema de autoteste; • Configuração do instrumento; • Controles, segurança, método de teste, estabe- lecer transdutor, unidades de medidas. O painel de programação permite estabelecer/mu- dar/revisar os parâmetros de tempo, pressão e vaza- mento, além de configuração do instrumento e de per- mitir o estabelecimento de comunicação dos resulta- dos/dados de teste via rede. Conta ainda com recursos de compensação dinâ- mica, para minimizar os efeitos de mudanças de tem- peratura da peça ou ambiente. Algumas versões de instrumentos são fornecidas com outputs (sinais de saída) programáveis para ope- rações básicas de controle de dispositivos de fixa- ção e vedação em conexão com o teste de estanqueidade, o que permite simplificar enormemente o projeto do sistema de automação. Esperamos que esta matéria tenha sido de seu interesse, e nos colocamos à sua disposição para quaisquer esclarecimentos. EMPRESAS QUE SERVIRAM DE REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cincinnati Test Systems Inc. http://www.cincinnati-test.com Representante exclusivo no Brasil e Argentina VDV Comércio e Representações Ltda. R. Soldado Arlindo Saldanha, 18 cj.32 07090-151 Guarulhos SP Tel: (0xx) 11 6468 0301 Fax: (0xx) 11 6461 0613 Email: vdv@uol.com.br AUTOMAÇÃO MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - aBRIL/20023 2 tência (torque + velocidade) do motor através de um sinal analógico de co- mando oriundo do CNC. Esse sinal varia de 0 a 10 Vcc, e a potência no motor é diretamente pro- porcional ao seu valor. Para os servomotores ligados aos eixos coordenados ( X e Z ), temos um dispositivo que indica a correta posição em que o eixo encontra-se. Esse dispositivo é o encoder, que tam- bém será analisado nesta edição. O encoder é um transdutor óptico, que gera pulsos seriais de referência. Es- ses pulsos são contados pelo CNC e, então, processados como unidade de deslocamento. Por exemplo, um eixo quando se movimenta 1 mm gera 2400 pulsos ao CNC. O CNC não “enxerga” o deslo- camento, mas sim os pulsos. Esse tipo de medida de deslocamento é chama- da indireta, pois o movimento linear do eixo é expressado através de um rotativo do encoder. Notem pela figu- ra 3 que apenas os eixos X e Z pos- suem encoder , visto que o eixo árvo- re apenas “gira” . Algumas máquinas que necessi- tam de altíssima precisão de rotação do eixo-árvore utilizam um encoder para esse eixo , com a finalidade de controle de rotação. Essa aplicação não é muito comum, porém não é rara também! Figura 3 - Estrutura de uma máquina com CNC. A figura 4 ilustra as disposições dos eixos em um torno. Os servomotores não são visíveis nessa figura, porém são eles os res- ponsáveis pela movimentação de cada eixo. A figura 5 ilustra como o fuso de esferas “ transforma” o movimento an- gular (rotativo) do servomotor em um linear para a mesa do torno. Provavelmente, para quem não está acostumado com máquinas automatizadas com CNC, o processo todo pode estar um pouco “obscuro”. Não se espante, até o final deste artigo tudo estará esclarecido. Vamos fazer um resumo: CNC É o computador responsável por todo o funcionamento da máqui- na. Dentro do CNC está o progra- Figura 5 - Movimento do eixo através do fuso de esferas. Figura 4 - Estrutura básica de um torno. AUTOMAÇÃO 3 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 ma correspondente ao formato da peça a ser usinada. Ele comuni- ca-se com todos os sensores atra- vés do módulo I/O e com os acionamentos (inversores) dos eixos, através dos sinais analógicos de comando. O “feed– back” do movimento é feito atra- vés do encoder. I/O Cada eixo possui uma chave fim- de-curso. Além disso, dispositivos e acessórios especiais (bombas de refrigeração, acionamento de contraponto, etc.) comunicam-se com o CNC através do módulo I/ O. Normalmente , temos um re- curso no CNC, que permite visualizarmos o status de cada endereço do I/O na tela da má- quina. Caso uma válvula não obe- deça a um comando, por exem- plo, podemos entrar na tela de status e verificar se o defeito é devido à ausência de comando do CNC, ou se a própria válvula está com defeito. INTERFACE HOMEM MÁQUINA (IHM) A interface homem – máquina , mais conhecida como IHM , é a uni- dade responsável pela introdução e leitura de dados. É através dela que o programa é instalado na máquina. A figura 6 mostra uma IHM típica de fa- bricação ROMI. Notem que temos um teclado alfanumérico e um monitor de 9 polegadas. ao CNC e evitar cabos longos entre o teclado alfanumérico e a CPU (CNC). Cabe lembrar que , devido ao alto ruí- do elétrico gerado pela motorização e inversores , devemos utilizar cabos e fios com a menor distância possí- vel. Isso, com certeza , aumentará a imunidade a defeitos esporádicos. Sensores A maior parte das máquinas CNC utilizam uma linha de 24 Vcc para alimentar os diversos sensores . Essa tensão, eletronicamente fa- lando, é relativamente alta , au- mentando assim a imunidade a ruídos elétricos. A figura 7 ilustra um canal de I/O. Normalmente, um módulo I/O tem, em média, de 16 a 32 entradas e saídas digi- tais. Cada uma delas assemelha – se à da figura 7. Notem que te- mos um opto - acoplador logo na entrada. Isso possibilita uma “isolação” entre o comando (CNC) e a periferia da máquina. Caso algum sensor se queime, ou algo entre em curto-circuito , com essa técnica as chances do CNC dani- ficar-se diminuem. nica (cavacos quentes). Fica claro que o risco de haver um curto-circuito nes- sas etapas é muito maior do que com os componentes abrigados dentro do gabinete elétrico. Por esse motivo, as várias fontes aumentam a segurança da máquina. UNIDADE REGENERATIVA O inversor de freqüência, doravan- te chamado “acionamento”, de maior potência em uma máquina CNC é o do eixo-árvore. Todo o esforço mecâ- nico da usinagem fica submetido a esse eixo. Os eixos coordenados (X e Z), como atuam somente como “avan- ço” da ferramenta de corte, não são tão exigidos, portanto, sua potência é bem menor. A potência do eixo-árvore varia de máquina para máquina , dependen- do do “porte” e aplicação da máquina. As mais comuns situam-se entre 7,5 e 30 HP. O movimento rotativo do eixo-ár- vore, no momento da frenagem, dis- sipa uma quantidade de energia mui- to grande. Esse fenômeno ocorre de- vido à inércia da massa da placa de fixação da peça usinada, somada à massa da própria peça. Essa energia pode ser absorvida de duas manei- ras: regeneração, ou dissipação . A regeneração é um processo em que, quando o motor passa a funcio- nar como gerador (frenagem), o acionamento devolve a energia gera- da para a própria rede elétrica. A figura 9 traz o esquema genéri- co. Como já foi dito nos artigos anteri- ores sobre inversores de freqüência, A IHM possui um processador pró- prio. Essa técnica tem duas finalida- des: poupar tempo de processamento Figura 6 -IHM Mach 9 ROMI. A maioria dos CNCs possui uma fonte de alimentação interna. Essa fonte é do tipo chaveada, e alimenta apenas o CNC. Para a linha de 24 Vcc temos outra fonte que, normalmente, é linear. A figura 8 apresenta um es- quema de distribuição elétrica simpli- ficado de uma máquina. Aqui também, a vantagem de termos várias fontes, ao invés de uma única para todo o sis- tema, é a isolação galvânica entre os diversos circuitos . Além disso, vários sensores são colocados em locais sujeitos a alta temperatura, agressão química (óleos refrigerantes) e mecâ- Figura 7 - "Célula" do módulo I/O. Figura 8 - Distribuição da alimentação. AUTOMAÇÃO MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - aBRIL/20023 4 o barramento DC alimenta o módulo de potência formado pelos IGBTs. No regime em que o acionamento entre- ga potência ao motor, esse converte a energia elétrica em mecânica. A ten- são no barramento DC nessa situa- ção , mantém-se em níveis “baixos” (aproximadamente 450 Vcc). Quando o acionamento interrompe o forneci- mento de energia ao motor, este con- tinua girando por inércia. O motor ago- ra passa a ser um gerador. Essa ener- gia faz com que a tensão no barramento DC suba. Como a unida- de regenerativa está monitorando a tensão nesse ponto, imediatamente , seus circuitos internos “ invertem” a tensão “DC” em “AC” novamente e , após casar o sincronismo com a ten- são AC da rede, devolvem a energia excedente para a rede elétrica. Embora esse circuito seja relativa- mente complexo , para quem possui um número grande de máquinas , é um investimento que vale a pena, pois a economia de energia elétrica é con- siderável. Esse processo de regeneração é utilizado em vários outros setores tecnológicos. O mais nobre exemplo é o Metrô de São Paulo. Muitas ve- zes, um trem que está parado em uma estação aguarda a aproximação do outro trem. Quando esse chega , devolve a energia da frenagem para os trilhos, que é utilizada na partida do outro trem. Nesse caso, como as massas de ambos os trens são semelhantes, o trem da frente consegue vencer a inér- cia sem “gastar” energia da concessi- onária (rede). A dissipação, por outro lado, é um processo mais simples. A unidade não necessita procurar sincronismo com a rede, nem tampouco inverter a ten- são DC em AC. Na verdade, a unida- de dissipativa apenas monitora a ten- são do barramento DC . Quando esta ultrapassa determinado valor, a uni- dade liga um resistor de potência em paralelo ao barramento. Esse resistor dissipa a energia excedente na forma de calor, não devolvendo nada para a rede elétrica. Obviamente esse circui- to é bem mais simples e barato, po- rém, não economiza energia elétrica. Normalmente , a escolha da unidade (regenerativa ou dissipativa) é feita no ato da compra da máquina como acessório. A figura 10 mostra um di- agrama simplificado dessa unidade. Figura 9 - Unidade regenerativa. Figura 10 - Unidade dissipativa. RESOLVENDO PROBLEMAS Como é de costume em nossos artigos, reservamos uma parte para aqueles que já possuem o equipamento, e desejam respostas para alguns problemas clássicos. Seguem as dicas: Problema: Solução possível: - A máquina não referencia - Verificar sensores fim de curso, e parâmetros dos eixos - A máquina dá choques na carcaça - Verificar o aterramento elétrico - A máquina quebra comunicação - Verificar o aterramento on-line com inversor do eixo - Abaixar a freqüência PWM árvore ligado do inversor - Instalar ferrites toroidais na linha de alimentação dos inversores. - A alarme de sobretensão - Verificar unidade regenerativa, e seu no barramento DC disjuntor - Vídeo com imagem trêmula - Verificar fonte do vídeo - Aquecimento da motorização - Verificar amplitude e balanceamento e acionamentos das fases de alimentação - Alarme de erro de segmento - Verificar encoder, motor, e acionamento do respectivo eixo - Bomba de óleo refrigerante - Alterar a ordem das fases de “roda” ao contrário alimentação “R” , e “T” - Introdução de caracteres - Verificar CNC aleatórios no programa - Separar os cabos de comando e potência - Verificar aterramento - Eixos disparam - Verificar CNC . - Executa operação indevida - Verificar CNC. - Válvula ou outro periférico - Verificar mód. I/O não atua - Verificar fonte de 24 Vcc DISPOSITIVOS 3 7MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 usualmente de canal A e canal B. A leitura de apenas um canal fornece somente a velocidade, enquanto que a leitura dos dois canais fornece tam- bém o sentido do movimento. Um outro sinal chamado de Z ou zero também está disponível e ele dá a posição absoluta “zero” do encoder. Este sinal é um pulso quadrado em que a fase e a largura são as mesmas do canal A. Veja um exemplo na figura 3. A resolução do encoder incremen- tal é dada por pulsos/revolução (nor- Figura 2 - Princípio de funcionamento de um encoder linear. malmente chamado de PPR), isto é, o encoder gera uma certa quantidade de pulsos elétricos por uma revolução dele próprio (no caso de um encoder rotativo). Para determinar a resolução bas- ta dividir o número de pulsos por 360º, por exemplo, um encoder fornecendo 1024 pulsos/ revolução, geraria um pulso elétrico a cada 0,35º mecânicos. A precisão do encoder incremental depende de fatores mecânicos, elétri- cos e ambientais, que são: erros na escala das janelas do disco, excentri- cidade do disco, excentricidade das janelas, erro introduzido na leitura ele- trônica dos sinais, temperatura de ope- ração e nos próprios componentes transmissores e receptores de luz. Normalmente, nos encoders incrementais são disponibilizados além dos sinais A, B e Z, também os sinais complementares, A, B e Z (ver logo abaixo “Saída Diferencial”). ENCODERS ABSOLUTOS O princípio de funcionamento de um encoder absoluto e de um encoder incremental é bastante similar, isto é, ambos utilizam o princípio das jane- las transparentes e opacas, com es- tas interrompendo um feixe de luz e transformando pulsos luminosos em pulsos elétricos. O encoder absoluto possui um im- portante diferencial em relação ao encoder incremental: a posição do encoder incremental é dada por pul- sos a partir do pulso zero, enquanto a posição do encoder absoluto é deter- minada pela leitura de um código e este é único para cada posição do seu curso; conseqüentemente, os enco- ders absolutos não perdem a real po- sição no caso de uma eventual queda da tensão de alimentação (até mes- mo se deslocados). Quando voltar a energia ao sistema, a posição é atua- lizada e disponibilizada para o mes- mo (graças ao código gravado no dis- co do encoder) e, com isso, não se precisa ir até a posição zero para sa- ber a sua localização como é o caso do incremental. O código de saída é utilizado para definir a posição absoluta do encoder. O código mais empregado é o biná- rio, pois este é facilmente manipulado por um circuito relativamente simples e, com isso, não se faz necessário ne- nhum tipo de conversão para se obter a posição real do encoder. O código é extraído diretamente do disco (que está em rotação). O sincronismo e a aquisição da posição, no momento da variação entre dois códigos, tornam- se muito difíceis. Se nós pegarmos como exemplo dois códigos consecu- tivos binários como 7 (01112) e 8 Figura 3 - Representação gráfica dos sinais A, B e Z de um encoder incremental. ENCODER ABSOLUTO ENCODER INCREMENTAL DISPOSITIVOS MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - aBRIL/20023 8 Figura 5 - Diferença construtiva dos discos ópticos utilizando código binário e código Gray (2 bits). Figura 6 - Circuito de conversão de código Gray para código binário. Tabela 2 - Resoluções em potência de 2. Figura 4 - Zona de múltiplas comutações em um encoder absoluto. é, se ele tiver no seu disco (encoder rotativo) 12 faixas para o código Gray, então terá 212 combinações possíveis perfazendo um total de 4096 combi- nações. Fazendo algumas contas, concluiremos que o encoder gera uma combinação de códigos a cada 0,0879º ou 0º8m79s. Podemos verifi- car outras resoluções para encoders absolutos na tabela 2. (10002), notaremos que as variações de zero para um e um para zero ocorrem em todos os bits, e uma leitura feita no momento da transi- ção pode resultar em um valor completa- mente errado (figura 4). Para solucionar esse problema é uti- lizado um código bi- nário chamado “Có- digo Gray”, que tem a particularidade de: na comutação de um número para outro somente um bit ser alterado, como podemos verificar na tabela 1. Vemos também, na figura 5, dois discos óticos: um com código binário e outro em código Gray. O código Gray pode ser converti- do facilmente em código binário pelo simples circuito de lógica combinacio- nal da figura 6. A resolução do encoder absoluto é dada por contagem/revolução, isto Tabela 1 - Código Gray. Os encoders absolutos podem ter sua resolução definida em uma única revolução (single turn) ou em várias revoluções (multi turn), ou seja, se um encoder é para uma revolução, a cada revolução o valor da contagem é reinicializado, ao contrário de um encoder para várias revoluções onde seu valor só é reinicializado depois de um certo número de voltas. Seguem na tabela 3 algumas especificações de encoders absolutos. Como poderão observar, existem resoluções múltiplas de 2 e também múltiplas de 360, portanto, a escolha de um ou de outro dependerá direta- mente da sua aplicação. DISPOSITIVOS 3 9MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 Quando o número bits da resolu- ção do encoder não é potência de 2, a propriedade de mudar somente um único bit deixa de ser verdadeira no código Gray. Por exemplo, se tivermos um encoder absoluto com 12 posi- ções/revolução, o código é o ilustrado na tabela 4. Para o nosso exemplo temos (tabela 5): Tabela 3 - Especificações de encoders absolutos. N= 2 n - NPOS 2 Figura 7 - Comparação entre os discos dos encoders incremental, absoluto e absoluto virtual. N=2 4 - 12 2 16 - 12 2 = = 2 Instruments” que desenvolveu uma nova tecnologia chamada de “Virtual AbsoluteTM Technology” ou, em portu- guês, Tecnologia de Encoders Abso- lutos Virtuais. Nessa nova tecnologia, o disco possui assim como nos encoders incrementais, três informações: canal A, canal B e o zero canal Z, mas com uma particularidade: o canal Z é subs- tituído por um código serial similar com um código de barras ao invés de so- mente uma janela indicando o zero do encoder. Na figura 7 existe uma compara- ção entre os discos de um encoder incremental, um encoder absoluto e um disco de um encoder absoluto vir- tual. Não sabemos a posição real no momento de star t-up, como no encoder absoluto convencional, mas depois de um movimento muito curto em qualquer direção e partindo de qualquer ponto do encoder, é possí- vel determinar a posição exata (den- tro da resolução) do seu eixo. Tabela 4 - Potencial erro de leitura na comutação do último valor para o primeiro. Tabela 5 - Valores corrigidos utilizando código Gray com off-set. Como podemos notar na passa- gem da posição 11 para a posição 0, existe uma mudança de três bits e, como visto anteriormente, envolve er- ros de leitura que não são aceitáveis. Com o intuito de não perder a carac- terística de mudança de somente um bit, é feito um “off-set” a partir do valor zero, que é calculado da seguinte for- ma: onde: N é o valor do off-set. 2n é o maior valor múltiplo de dois, logo após o NPOS. NPOS é o número de posições do encoder absoluto. TECNOLOGIA DE ENCODERS ABSOLUTOS VIRTUAISTM Há um grande fabricante de encoders chamado “Gurley Precision DISPOSITIVOS MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - aBRIL/20024 2 5- Repetitibilidade do encoder. 6- Diâmetro do eixo a ser acoplado ao encoder (caso encoder rotativo). 7- Velocidade máxima mecânica do acoplamento. 8- Índice de proteção da caixa do encoder (IP). 9- Temperatura de operação. 10- Fixação mecânica. 11- Conexão elétrica Radial ou Axial. 12- Alimentação do encoder e seu consumo (normalmente 5 V, 12 V e 24 V). 13 - Tipo de saída e a carga máxima. 14- Se o encoder for absoluto, qual o tipo de código de saída ? Gray ou binário? 15- O encoder estará em área classi- ficada? ENCODER COM HASTE PROLONGADA CONCLUSÃO Vimos neste artigo somente um componente da Automação Industri- al, mas assim como qualquer outro, ele precisa ser corretamente aplicado e especificado, pois um simples erro é prejudicial ao desempenho de toda a máquina ou processo. Até a próxima! l VOCÊ SABE A DIFERENÇA DE PRECISÃO, RESOLUÇÃO E REPETITIBILIDADE? No universo dos encoders, os termos precisão, resolução e repetitibili- dade são usualmente confundidos e muitas vezes usados como sinônimos. Vamos definir esses termos muito utilizados, mas nem sempre corretamente. Assim como no artigo, vamos nos referenciar aos encoders rotativos, pois esses são muito mais empregados do que o encoder linear, mas as defini- ções servem para ambos os tipos. RESOLUÇÃO É a número de pulsos ou o valor da contagem por uma unidade de dis- tância. Em encoders rotativos a resolução é expressa em unidades de ângulo (grau, minuto e segundo ou em radianos), ou em número de pas- sos por revolução (por exemplo: 4096 pulsos/revolução). Resolução é a especificação básica de um encoder. Não se pode especificar um encoder sem esse parâmetro. PRECISÃO É a diferença do valor indicado pelo encoder pelo valor real do posicio- namento, ou o número de pulsos que o encoder enviou pelo que ele deveria ter enviado. Normalmente, é expresso em unidades de ângulo. Precisão e Erro são indicações que determinam o valor real pelo valor indicado, mas possuem conotações distintas: Precisão é quão perto o valor indicado está do valor real e Erro é quão distante está o valor indi- cado do valor real. Então, quanto maior a precisão, melhor, e quanto maior o erro, pior. REPETITIBILIDADE É o valor da leitura atual comparado pelos últimos valores fornecidos pelo deslocamento na mesma direção. Dependendo da aplicação, é im- portante levar em consideração a repetitibilidade. Assim como a preci- são, ela é dada em unidade de ângulo. A repetitibilidade de um encoder normalmente é de 5 a 10 vezes melhor (menor) do que o erro indicado pelo fornecedor. Quem deve especificar o encoder é a própria aplicação, isto é, se formos empregar o encoder em um telescópio ou em um radar, a precisão é muito mais importante do que em um robô, onde você indi- ca coordenadas em movimentos repetitivos, e, neste caso, a repetitibilidade pode ser mais importante do que a precisão. COMO SE DETERMINA O SENTIDO DE GIRO DE UM ENCODER INCREMENTAL? Nos encoders incrementais temos três canais de informação: A, B e o Z. Os canais A e B são os que fornecem a indicação da posição e também o sentido de giro do encoder. O sentido de giro é determinado pela fase dos canais, isto é, se o canal A estiver 90º avançado em relação ao canal B, o encoder estará girando no sentido ho- rário; e se o canal A estiver atrasado 90º em relação ao canal B, o encoder estará girando no sentido anti-horário. Para quem é da área de Eletrôni- ca, será mais fácil de entender anali- sando o circuito ao lado: ALGUNS SITES SOBRE ENCODERS www.heidenhain.com www.eltra.it www.veeder.com.br www.gpi-encoders.com/ ELETROPNEUMÁTICA MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 4 3 AUTOMAÇÃO T Juliano Matias CIRCUITOS ELETROPNEUMÁTICOS INDUSTRIAIS DIAGRAMA DE PASSOS odo o trabalho de uma má- quina comandada por atuadores pode ser repre- sentado por um diagrama de passos. Esse diagrama repre- senta os movimentos dos atuadores, e as quantidades de letras representam o número dos atuadores, por exemplo: A+A-= 1 atuador (atuador A avança e depois retorna); A+B+A-B-= 2 atuadores (atuador A avança, atuador B avança, atuador A retorna e atuador B retorna); A+B+A-C+B-C-= 3 atuadores (atuador A avan- ça, atuador B avança, atuador A retorna, atuador C avança, atuador B retorna e atuador C retorna). O sinal representa a posição do atuador, isto é, + é atuador avança- do e – é atuador recuado. Na Figura 1 são mostrados al- guns Diagramas de Passos. MÁQUINA 1 Tomemos como exemplo a máquina da figura 2. Nesta máqui- na temos a seqüência A+B+B-A-. A máquina é um transportador de caixas e tem a função de movimenta- ção de caixas do transportador 1 para o transportador 2. As caixas vindo pelo transportador 1 deslizam na bandeja até acionar o sensor S1 (figura 2); aci- onando o sensor, este comanda a vál- vula de avanço do atuador A para transportar a caixa até o nível do transportador 2 (figu- ra 3); este avançado aciona o fim - de - curso a1 comandando a válvula de avanço do atuador B para arrastar a caixa até o iní- cio do transportador 2 (figura 4); o a- tuador B chegando no fim - de - curso b1 faz com que ele comande o recuo do mesmo (figura 5); o atuador B che- gando em b0 aciona o recuo do atuador A que alcançando a0 finaliza o processo(figura 6). O circuito pneumático deste pro- cesso está mostrado na figura 7, ten- do sido utilizadas para o seu a- cionamento duas válvulas de 4/2 vias com comando de avanço e re- Abordaremos neste artigo dois circuitos básicos de automação eletropneumática. Os objetivos são: -Entender o funcionamento de uma máquina simples; -Interpretar um circuito pneumático; -Elaborar um circuito de comando elétrico para o correto funcio- namento da máquina; -Transcrever a lógica de comandos para Ladder. Boa Leitura! Figura 1 - Exemplos de Diagramas de Passos. AUTOMAÇÃO MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20024 4 torno por solenóide pilotado interna- mente. O comando elétrico para o aci- onamento dos solenóides das válvu- las bem como o programa em Ladder estão demonstrados na figura 8. Re- solvemos colocar também o progra- ma em uma linguagem de CLP para que os leitores verifiquem que é muito fácil a transcrição de uma lógica de comandos em Ladder (na maioria das vezes é só “tombar” o circuito). Os sensores utilizados no circui- to são: s1: sensor de presença de caixa; a0: fim - de - curso que indica quando o atuador A está recuado; a1: gatilho que envia um pulso de 24 Vdc sempre que o atuador A avan- ça bem próximo ao final do curso. b0: gatilho que envia um pulso de 24 Vdc sempre que o atuador B re- cua bem próximo ao final do curso. b1: gatilho que envia um pulso de 24 Vdc sempre que o atuador B avan- ça bem próximo ao final do curso. Analisando a primeira coluna do circuito, temos que a válvula y3 só deve ser acionada quando o atuador A estiver recuado (a0 acionado) e quando houver caixa presente (s1 acionado). O atuador A avançando no final do curso ele aciona o gatilho a1, fazendo com que o solenóide y1 seja ligado, e com isso o atuador B avança. O atuador B avançando, este aciona o gatilho b1 que, imediatamente, aciona o retorno da válvula através do solenóide y2. No retorno do atuador B, este aciona o gatilho b0 fazendo o recuo do atuador A pelo solenóide y4. MÁQUINA 2 Vejamos agora o exemplo da máquina 2 mostrada na figura 9. Esta máquina é uma furadeira, que possui uma trava pneumática da peça a ser furada. Essa trava é acionada por um comando chamado bi-manual; para o operador travar a peça ele precisa aci- onar dois botões quase que, simultane- amente, para que o atuador avance tra- vando a peça. Esse comando é muito utilizado em máquinas para preservar a mão ou os dedos do operador, pois se Figura 2 - Máquina 1: transportador de caixas. Figura 3 -Transporte da caixa até o nível do transportador 4. Figura 4 - Arrastamento da caixa até o início do transportador 2. rOBÓT ICA 4 7MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 R MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 H 2ª Parte MECATRÔNICA ATU L Nº 3 - ABRIL/200 á diversos tipos e classificações dos dife- rentes algoritmos de controle para robôs manipuladores, que são empregados na prática. Esses algoritmos, dependendo da sua complexidade, podem ser implementados por controladores de diversas tecnologias, desde alguns mui to s imples ta is como s is temas ele t romecânicos de re lays e swi tches, a té microcomputadores ou microcont ro ladores digitais. Nesta seção será realizada uma classificação ge- ral dos algoritmos de controle, a qual refere-se ao tipo de movimento fornecido ao manipulador. Existem três tipos básicos de controle de manipuladores, a saber. O primeiro é utilizado em robôs acionados por pistões, que podem ser hi- dráulicos ou pneumáti- cos, sendo esta última possibilidade a mais fre- qüente. Limites mecâni- cos (ou "topes"), que po- dem ser os dos próprios pis- tões, limitam o movimento deles. Dessa maneira, o controlador simplesmente ativa ou desativa as eletro- válvulas correspondentes para que o ar comprimido ou o fluido pressurizado, empurrem ou puxem as hastes dos pistões até seus limi- tes, movimentando assim os elos ou a peça de maneira adequada. Logo, as diferentes posições atingidas pelo robô são muito restritas; por exemplo, em um manipulador de dois elos e duas juntas movimentadas por pistões, apenas 4 posições possíveis podem ser atingidas. Esses sistemas usualmente operam em malha aberta, não pos- suindo, portanto, nenhum tipo de sensor para o controlador poder monitorar as posições dos pistões, no máximo um sensor para a detecção da presença da peça a manipular. Esse tipo de controle é chamado de bang – bang e é utilizado principalmente em manipuladores do tipo pick & place (“pega e põe”). Os controladores desses siste- mas também podem ser muito simples, tais como cir- cuitos eletrônicos com temporizadores e saídas digi- tais para o acionamento das eletroválvulas. Fernando A. Pazos Na edição anterior abordamos vários con- ceitos a respeito da definição e classifica- ção dos robôs, detendo-nos numa classe es- pecífica que tratava dos robôs ma- nipuladores. Foi mostrada como é compos- ta a sua estrutura básica, cuja continuidade é o assunto deste artigo. Aqui trataremos os conceitos de controle, precisão, repetitibilidade e os efetuadores. Abordare- mos também um exemplo prático: o robô manipulador Armdroid. ROBÓTICA MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20024 8 O segundo tipo de controle é aplicado a manipuladores mais sofisticados, que têm um siste- ma de sensores para medir a posição das juntas. Nele, o programa de controle tem por objetivo executar uma tarefa consistente em levar o efetuador de um ponto até outro do espaço de trabalho, e ficar ali estaciona- do por um determinado tempo ou até nova ordem, sem importar a trajetória realizada para se deslocar até o destino, ou em qualquer caso cuidando, no máximo, do tempo de estabelecimento, percentual de overshoot, entre outras especificações técnicas possíveis. Esse tipo de controle é chamado de controle de posição ou controle ponto a ponto, e exige controladores mais complexos do que no controle bang - bang. Nesses algoritmos de controle, há um sinal de referência que indica a posição a deslocar o efetuador. Esse sinal de referência é uma posição fixa no espaço de trabalho, portanto um vetor constante no tempo, que pode es- tar expresso no espaço de trabalho ou no espaço das juntas. Esta posição pode ser inserida pelo teclado, ou através de algum outro dispositivo de entrada de dados, ou pode estar já incluída no programa de con- trole. Uma vez atingida a posição de referência, uma outra pode ser colocada, repetindo a tarefa tantas vezes quanto seja necessário, mas cada posição é determinada por um vetor constante no tempo. O programa também pode determinar que o braço efetue uma trajetória dentro do espaço de trabalho ao longo do tempo, cuidando em cada instante da sua posição e velocidade, sendo que aqui está se falando de controle de trajetória. Nesse terceiro tipo de con- trole o sinal de referência já não é mais constante, mas uma função do tempo, mudando a cada instante, e o controlador cuidará que o manipulador acompa- nhe a trajetória desejada com o menor erro de rastreamento possível. Tal tipo de controle é implementado quando inte- ressa que o efetuador acompanhe uma trajetória de- terminada dentro do espaço de trabalho, o que acon- tece com os robôs de solda, por exemplo, onde a pon- ta não deve apenas atingir uma posição final, mas se deslocar ao longo de um caminho pré-determinado para efetuar a solda. Mas não é somente nesses casos que interessa implementar este tipo de controle. Ele é utilizado por manipuladores que têm por objetivo des- locar um objeto de um ponto a outro do espaço de trabalho, mas sem que este se encontre livre de obs- táculos, os quais devem ser evitados no caminho a percorrer; ou também quando a tarefa deve ser reali- zada sem ultrapassar um determinado tempo máxi- mo, entre outros condicionamentos possíveis que fa- zem necessária a implementação de um controle de trajetória sobre um controle ponto a ponto. Na figura 1 mostramos esses dois tipos de traje- tórias. PRECISÃO E REPETITIBILIDADE Os conceitos de precisão e repetitibilidade são uti- lizados como uma maneira de quantificar a qualidade do trabalho do manipulador. A repetitibilidade do manipulador representa a capacidade dele de retornar seguidamente a um ponto determinado do espaço de trabalho. Se o manipulador parte de uma posição qualquer, seja essa posição representada no espaço das juntas com o vetor das coordenadas generalizadas, ou no espaço de trabalho com um vetor das três com- ponentes [x y z], vai para um segundo ponto e retorna ao primeiro, é possível que não consiga colocar o efetuador exatamente na posição inicial. O raio da menor esfera que pode ser traçada en- volvendo todos os pontos de retorno possíveis, e dentro da qual o robô sempre ficará ao pretender retornar à posição inicial, é conhecido com o nome de repetitibilidade. Por exemplo, se a menor esfera que pode ser traçada tem um raio de 0,4 mm, quer dizer que o fabricante garante que quando o manipulador retornar a essa posição, o fará no má- ximo 0,8 mm afastado de qualquer outra posição de retorno em qualquer direção. O manipulador, en- tão, possui uma repetitibilidade de 0,4 mm. Precisão é um conceito associado, sendo defi- nida como a capacidade do manipulador de atingir um ponto especificado, seja qual for o sistema de coordenadas uti l izado. Observe-se que um manipulador pode ter uma boa repetitibilidade, des- locando-se repetidamente para pontos muito próxi- mos, mas esses pontos todos podem estar longe da posição desejada. Possui então uma precisão pobre. Usualmente, essas quantidades referem-se à má- xima carga útil que pode ser transportada e à máxi- ma velocidade de deslocamento permitida, pois pre- cisão e repetitibilidade são altamente dependentes dessas duas especificações. Veja no seguinte desenho da fig. 2 uma ilustração desses conceitos. Figura 1 - Trajetória contínua e ponto a ponto. rOBÓT ICA 4 9MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 R MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 EFETUADORES Um efetuador ou órgão terminal, é um dispositi- vo fixado no final do último elo do manipulador e que permite ao robô realizar uma tarefa específica. Normalmente, esses dispositivos são especialmen- te projetados para a tarefa a ser executada, mas existem alguns órgãos terminais gerais, úteis para uma diversidade de tarefas. O efetuador é o dispo- sitivo encarregado do manuseio concreto da peça a manipular; o resto da estrutura do manipulador está destinada a deslocar esse dispositivo da ma- neira adequada, como foi analisado nas seções anteriores. Há uma ampla variedade de efetuadores adequa- dos para a realização de diversas funções de traba- lho. Os diferentes tipos podem ser classificados em duas categorias principais: 1 – Garras 2 – Ferramentas. Dentre os diferentes tipos de garras podemos dis- tinguir: Garras com dedos de movimentação mecânica Garras a vácuo Eletroímãs ou garras ativadas eletromagnetica- mente Ganchos tipo de guindaste Adesivos ou garras feitas com material adesivo. O ROBÔ MANIPULADOR ARMDROID O robô manipulador Armdroid, utilizado no labora- tório de Robótica do Instituto de Tecnologia ORT (ver edição de outubro/novembro de Mecatrônica Atual), é um braço mecânico desenvolvido com fins didáticos pela Colne Robotics Co. Seus bons níveis de preci- são e repetitibilidade, assim como sua robustez e sim- plicidade de acionamento, fazem adequada sua utili- zação principalmente em laboratórios de pesquisa. Na figura 3 vemos a representação do Armdroid, e na 4 destaque de prática com o robô. O Armdroid possui seis graus de liberdade, dados pelas seguintes articulações: Base: move-se 360° num plano horizontal. Ombro: move-se 180° num plano vertical. Cotovelo: move-se 270° num plano vertical. Pulso: combina dois movimentos, um para acima e para baixo, e outro de rotação sobre seu eixo (arti- culações de pitch e roll). Garra: são três dedos que abrem e fecham, simultanea- mente. O acionamento é dado por motores de passo de 12 V de alimentação, cada um deles de 7,5° por passo. Os motores es- tão localizados acima da base do robô, e seus movimentos são transladados às articulações através de sistemas de engre- nagens e polias, o que provo- ca, além da translação da rota- ção do motor, uma redução de Figura 2 - Ilustração dos conceitos de precisão e repetitibilidade. Figura 4 - Alunos do Instituto ORT praticando com o robô Armdroid. Figura 3 - O braço mecânico Armdroid. ROBÓTICA MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20025 2 para indicar em que sentido os motores devem girar. MaxPos: número máximo de posições que podem ser memorizadas. A posição 50 está reservada para a posição de início do braço. zero: posição dentro do vetor de memória de posi- ções (Mem_pos) reservada para que o usuário possa utilizá-la para resetar o sistema. 2.3 - Variáveis utilizadas vimento. Caso este parâmetro esteja em true, o braço somente se moverá se este movimento não ultrapas- sar as posições limites de cada articulação. Se esti- ver em false, o braço se movimentará de qualquer maneira, mesmo que seja instruído para ir além dos limites. É recomendável deixar este parâmetro sem- pre em true. Exemplo: girar(6,12,horário,true) {Anda na base de 12 passos no sentido horário, sempre que não ultrapasse o limite máximo da base.} var Mem_pos : array[0..MaxPos] of vet_posicao; NumPosMem : 0..MaxPos-1; Aqui são definidas as variáveis gerais da unit. Mem_pos: consiste em um vetor de 50 posições, cada uma das quais é um vetor do tipo vet_posicao, onde podem ser armazenadas ou memorizadas 49 posições, pois a 0 guarda a posição atual do ArmDroid e a 50 é utilizável para um reset da operação. NumPosMem: variável que guarda o número de po- sições memorizadas. 2.4 - Procedimentos e funções da unit 2.4.1 - Procedure desenergizar: Este procedimento desenergiza os motores do ArmDroid evitando um aquecimento desnecessário. 2.4.2 - Procedure Girar(motor:byte;NumPas:integer;sentido:boolean;Clip: boolean); Este procedimento faz um determinado motor gi- rar um determinado número de passos, em um senti- do específico. motor: indica o motor ou grau de liberdade a girar : 1 - garra abrir/fechar 2 - pulso acima/abaixo 3 - pulso direita/esquerda 4 - braço 5 - ombro 6 - base. NumPas: indica o número de passos a ser dado, deverá ser sempre positivo. Sentido: indica o sentido a serem dados os pas- sos: horário / anti-horário (podem se usar as cons- tantes pré-definidas). Clip: indica se a unit tem permissão para conferir as posições limites do braço antes de executar o mo- 2.4.3 - Procedure muda_posicao(para:byte): Este procedimento provoca o deslocamento da posição atual para a posição de número (para) pre- viamente memorizada no vetor Mem_pos. Essa po- sição pode ter sido armazenada no mesmo progra- ma ou pelo programa de prova ArmRobot. Quer di- zer que as posições memorizadas com o progra- ma de prova podem ser utilizadas na hora de fazer um programa Pascal, fazendo o robô se deslocar até elas, mediante este procedimento. Porém caso se tente ir a uma posição não armazenada, ele irá para a posição de reset. Exemplo: muda_posicao(10) {Faz o robô deslocar- se da posição atual para a posição 10 do vetor Mem_pos que, após esta operação passa a ser a posição atual.} {Mem_pos[0] = Mem_pos[10].} Como foi mencionado anteriormente, a posição MaxPos ou “zero” guarda as posições iniciais, com o que, para resetar a posição do robô, ou seja, mandá- lo à posição inicial, basta escrever no programa: muda_posiçao(zero) 2.4.4 - Procedure LerArquivo (DataFileName: String) Procedimento para carregar as posições grava- das no arquivo, cujo nome deve ser passado como parâmetro (DataFileName) nas variáveis Mem_Pos. Os dados no arquivo são gravados pelo programa de prova ArmRobotÒ (também podem ser gravados pelo usuário ao fazer um programa utilizando esta unit). Uma vez aberto o arquivo, o programa feito pelo usuá- rio pode usar as variáveis Mem_Pos que, nelas, terá as posições memorizadas previamente pelo progra- ma ArmRobotÒ. Faça com que o nome do arquivo tenha sempre a extensão .ARM. Exemplo: rOBÓT ICA 5 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 R MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 2.4.5 - Procedure GravarArquivo (DataFi- leName:string) Procedimento para escrever em um arquivo de dados as posições memorizadas. O programa me- moriza as posições que o usuário quiser em variá- veis, e esta rotina pode ser usada para gravar num arquivo as posições memorizadas. Quer dizer que o usuário pode não precisar usar este procedimen- to na hora de fazer um programa com as posições memorizadas e gravadas num arquivo pelo ArmRobotÒ, só deveria usar o LerArquivo (procedi- mento explicado acima que lê as posições arma- zenadas num arquivo e as passa para as variáveis Mem_Pos). Mas, se o usuário quiser, ele poderá modificar alguma posição previamente armazena- da no seu programa e querer gravar nesse arquivo criado pelo programa de prova o novo valor dessa variável, aí deverá usar este procedimento para gra- var no arquivo esse novo valor. Exemplo: {Chamou-se o programa ArmRobotÒ e se levou o} {braço manualmente até 7 posições diferentes,} {memorizando-as com os números de 1 até 7.} {E gravou-se com a opção “g” num arquivo de nome ProvaPos.Arm} {No programa Pascal pode-se escrever:} LerArquivo(‘ProvaPos.Arm’); {as 7 posições memorizadas} {passam a estar disponíveis} {para serem usadas pelo} {programa nas variáveis} { Mem_Pos[1..7]} for i := 1 to 7 do begin muda_posicao(i); {muda às 7 posições} delay(1000) {esperando 1 segundo entre uma e outra} end; 2.4.6 - Procedure SetVel(velocidade:integer): Define a velocidade com a qual o Armdroid deverá se mexer. Seu valor pode ser de 10 a 700, e se estiver fora desta faixa ela não será alterada. Ao se chamar a unit, a velocidade é posta automaticamente em 300. Exemplo: 2.4.7 - Procedure Reset_Robot: Este procedimento leva o braço até a posição ini- cial, que passa a ser a atual. É inteiramente equiva- lente a executar: repeat SetVel(300); {estabeleço velocida de 300} muda_posicao(1); {mudo para a 1° posição} delay(100); {espero 100 ms} SetVel(20); {estabeleço velocidade de 20 para operação mais delicada} muda_posicao(2); {vou a 2° posição} delay(100) {espero 100 ms} until keypressed; {repito até pressionar uma tecla} muda_posicao(zero) {volto a po- sição inicial muda_posicao (zero); l LerArquivo(‘ProvaPos.Arm’); {abro arquivo} mem_pos[3,6]:=120; {mudo valor da base na posição 3} mem_pos[5,2]:=36; {mudo valor do pulso na posição 5} GravarArquivo(‘ProvaPos.Arm’) {gravo no arquivo essas } {mudanças} MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20025 4 AUTOMAÇÃO Paulo Cesar de Carvalho INTERTRAVAMENTO - A APLICA- ÇÃO BÁSICA DE UM CLP m máquinas e processos in- dustriais é muito comum a necessidade de aquisitar vá- rios sinais, por exemplo si- nais de botoeiras, fins de curso, sensores, ou mesmo realizar uma ló- gica entre eles para comandar equi- pamentos tais como motores, válvu- las, inversores, etc . Esta função, que denominamos de intertravamento, é uma das principais funções realizadas pelos CLPs . Eles substituem com muitas vantagens o intertravamento realizado com relés. Poderíamos citar muitos benefícios do CLP em relação a um intertravamento a relé, mas, lem- bramos como os principais : menor tamanho, facilidade de manutenção, programa- ção e capacidade de comunicação com sistemas que gerenciam a pro- dução. Nas figuras 1 e 2 são mostra- dos exemplos de Módulo a Relé e CLP de médio porte. ARQUITETURA BÁSICA DE UM CLP Sob o ponto de vista funcional, podemos considerar as seguintes fun- ções que são executadas por um CLP: Aquisição e comando Esta função é realizada ciclica- mente pelos módulos de Entrada e Saída que podem ser di- gitais ou analógicos. O tempo entre cada atualização dos pontos de E/S é chamado ciclo de varredura. Os módulos de Entrada aquisitam os sinais do campo e os módulos de Saída rea- lizam acionamentos em campo a cada ciclo de varredura . O ciclo de varredu- ra varia de 5 ms a 600 ms, dependen- do da rapidez da CPU e do tamanho do programa aplicativo, sendo o tem- po de ciclo típico de um CLP da ordem de 100 ms. O total de pontos de E/S (Entrada Digitais (ED), Entradas Analógicas (EA), Saídas Digitais (SD) e Saídas Analógicas (SA) é fator pre- ponderante para determinar o tipo de CLP a ser utilizado de modo a garantir a performance esperada do sistema. Numa divisão simples, podemos con- siderar como de pequeno porte um CLP de até 64 E/S, de médio porte até 500 E/S e de grande porte acima deste número. No número anterior da revista Mecatrônica Atual, abordamos os módulos de Entrada e Saída dos CLPs . Neste artigo, vamos tratar de mais algumas características deles. A idéia é dar sub- sídios para o leitor especificar um CLP em aplicações práticas na indústria. 5 7MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 AUTOMAÇÃO tante amplo e trataremos em um arti- go específico. h) Redundância A redundância de CPU é utilizada somente em sistemas de grande porte devido ao seu alto custo. A redundân- cia de CPU é aplicada em sistemas que controlam áreas muito críticas, onde o tempo de parada para a troca de uma CPU não é aceitável como, por exem- plo, em plataformas de petróleo e em alguns processos industriais. i) Sincronismo Esta é uma função exclusiva de automação para a área elétrica e está disponível normalmente em CPUs de grande porte e dedicadas para este tipo de automação . Nesse caso, a CPU deve ter uma entrada específica para receber o sinal de GPS ( aparelho que realiza a leitura de 3 satélites (no míni- mo) e informa a hora com precisão melhor que 1 ms ) . Esta função permi- te que os relógios de todas as CPUs estejam com a mesma hora com defa- sagem menor que 1 ms. Quando ocor- re uma entrada digital de falha, a CPU data e armazena a informação. Depois, através do sistema de supervisão é possível saber qual foi o evento que originou a falha. Esta é uma exigência do setor elétrico face à necessidade do Operador Nacional do Sistema ( ONS ) de saber a causa de problemas que originam blecautes, por exemplo. EXEMPLO DE ESPECIFICAÇÃO DO CLP Existem muitos fabricantes de CLPs no mercado e os modelos diferem bas- tante em relação às características téc- nicas. Por este motivo vamos especifi- car um CLP genérico, que iremos de- nominar de CLP-15, pois ele controla- rá a área 15, responsável pela transfe- rência de suco concentrado de uma planta genérica de fabricação de suco. Características básicas da área 15 O sistema é formado por válvulas que direcionam o suco produzido para armazenamento em câmaras frias. O posicionamento incorreto de uma vál- vula pode resultar em destino errado do suco ou mesmo de mistura de 2 sucos diferentes que estão sendo trans- feridos. Sendo assim, cada válvula pos- sui fins de curso para confirmar se está fechada ou aberta. A transferência é feita por bomba positiva e a pressão deve ser controlada para evitar que haja danos à tubulação. A temperatura do suco deve ser medida antes da trans- ferência, pois o suco não pode chegar “quente” na câmara fria. Características do CLP - 15 O CLP deverá ser instalado em lo- cal com alimentação em 127 VAC +/- 10%, 60 Hz, temperatura ambiente máxima de 40 o C e 90% de umidade máxima sem condensação. O sistema deverá controlar 100 vál- vulas pneumáticas com acionamento individual para abrir e fechar . Cada vál- vula possui 2 fins de curso, um para indicar válvula aberta e outro para in- dicar válvula fechada . Cada bobina da válvula solenóide , quando acionada, consome 100 mA em 24 VCC . O siste- ma possui uma bomba do tipo “positi- va” que impulsiona o suco pela tubula- ção. Esta bomba é acionada por inver- sor de freqüência . O CLP deverá vari- ar a rotação da bomba aplicando um sinal 4 a 20 mA ao inversor. O inversor já foi dimensionado para trabalhar com folga no meio da faixa de rotação. Pre- ver um sinal de comando tipo contato seco, para habilitar o inversor, e retor- no tipo contato seco, para inversor com defeito e alarme no motor. A pressão na linha deve ser no má- ximo 4 bar para evitar que a tubulação seja danificada. O CLP deverá contro- lar a rotação da bomba de forma a im- pulsionar o suco com a máxima veloci- dade possível sem que a pressão ul- Figura 3 – CPU de um CLP de última geração. Note a miniaturização dos componentes. MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/20025 8 AUTOMAÇÃO trapasse o máximo de 4 bar. Note que a velocidade varia à medida que o suco está mais ou menos concentrado. Para medir a pressão na tubulação será uti- lizado um transmissor de pressão que mede de 0 a 12 bar e fornece um sinal proporcional de 4 a 20 mA. Deverá ser medida a temperatura antes da bomba para evitar que seja transferido suco quente para as câma- ras frias. O transmissor de temperatu- ra fornece saída de 4 a 20 mA para a faixa de –20o a + 10 o C. Especificação do CLP A primeira coisa que precisamos fazer é contar os sinais de Entrada e Saída e separar os sinais pelo tipo e características elétricas. a) Número de entradas digitais (ED) Válvulas : São 100 válvulas, cada uma com 2 fins de curso que são con- tatos secos = 200 pontos. Inversor : O inversor possui retor- no de 2 sinais tipo contato seco p/ o CLP, indicando falha no acionamento, sobrecorrente ou alarme no motor. Total de ED = 202 pontos conta- to seco. Como todos os acionamentos serão em 24 VCC, é interessante “mo- lhar” os contatos secos das entradas digitais com 24 VCC. Sendo assim, serão 202 pontos de entrada 24 VCC. Como os módulos de entrada são nor- malmente múltiplos de 16 pontos, pre- cisaremos de 13 módulos e teremos 6 pontos reservas. b) Número de saídas digitais (SD) Válvulas : São 100 válvulas, cada uma com 2 comandos de acionamento em 24 VCC= 200 pontos. Inversor : O inversor possuI 1 co- mando para habilitar o inversor que deve ser um contato seco Total de SD = 201 . Para este caso é possível utilizar saída contato seco ou saída a transistor. A opção pode ser feita em termos de custo. O módulo contato seco é mais caro. Uma outra opção é colocar módulo a transistor e colocar relés de interposição para fa- cilitar manutenções futuras. Como os módulos de saída são normalmente múltiplos de 16 pontos, precisaremos de 13 módulos e teremos 7 pontos reservas. c) Número de entradas analó- gicas (EA) Temos os seguintes sinais de en- trada analógicos : Temperatura e pressão = 2 sinais, ambos de 4 a 20 mA. Supondo a utilização de módulo com 8 pontos, um módulo será sufici- ente e a especificação do mesmo é : 1 módulo de EA 4-20 mA e resolu- ção de 12 bits e este módulo terá 6 pontos reservas. d) Número de saídas analógicas (SA) Temos somente o sinal de varia- ção de velocidade do inversor em 4 a 20 mA. Supondo a utilização de módulo com 4 pontos, um módulo será sufi- ciente e a especificação do mesmo é : 1 módulo de EA 4-20 mA e re- solução de 12 bits com 3 pontos reserva. e) Total de módulos de E/S Nesta aplicação o total é de 28 módulos. f) Fonte de alimentação de E/S Para acionamento de 200 pontos de saída de 100 mA cada , teremos um fon- te de 20 A. Como os pontos não ficam todos constantemente ligados, uma fon- te de 20 A em 24 VCC é suficiente. g) Arquitetura típica do CLP Tendo em vista que cada barra- mento de CLP abriga em média 16 mó- dulos, serão necessários 2 barramentos de módulos. A figura 4 apresenta a configuração típica deste CLP, onde: ED : Módulo de Entrada Digital 16 pontos 24 VCC EA : Módulo de Entrada Analógica de 8 pontos, 4 a 20 mA , 12 bits de resolução SD : Módulo de Saída Digital de 16 pontos contato seco ou a transis- tor 24 VCC SA : Módulo de Saída Analógica 4 pontos, 4 a 20 mA, 12 bits de resolu- ção. FS : Fonte suplementar. Até o próximo número, onde conti- nuaremos nosso treinamento em CLPs . Figura 4 – Arquitetura típica do CPL. CONTATOS COM FABRICANTES DE CLPs Allen-Bradley - www.ab.com Altus - www.altus.com.br Festo - www.festo.com.br GEFanuc - www.gefanuc. com.br Siemens - www.siemens. com.br l 5 9MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 S O F T WA R E O AUTOCAD APLICADO À MECATRÔNICA 3a Parte s comandos que foram ex- plicados nas partes ante- riores permitem ao usuá- rio construir diversos tipos de desenhos e, com a prática, dese- nhar no AutoCAD passa a ser mais fácil do que a mão livre. Este fato fica mais evidente quando, no desenho, há vários componentes semelhantes, si- metria ou a necessidade de ser modi- ficado. Na abertura deste artigo é ilus- trado o modelo de um robô (cortesia de Hugo Leonardo Paiva Rodrigues). Nesta parte do curso vamos co- nhecer outros comandos simples e muito necessários. Estudaremos o recurso Layer e veremos também como traçar diversos tipos de linhas, como tracejada e traço-ponto, e re- cursos que facilitam a construção de desenhos. É importante destacar para aqueles que utilizarem o Au- toCAD com freqüência, que todos os comandos ensinados serão úteis e deverão ser treinados, pois uma vez aprendidos será fácil lembrar deles. Rotate Este comando permite rodar en- tidades selecionadas em torno de um ponto especif icado. Para acioná-lo basta digitar Rotate no menu de comandos ou clicar no ícone da Toolbar Modify (No menu superior clique em View, Toolbar e clique na opção Modify). Observe a figura 1. No AutoCAD a rotação costu- ma ser no sentido anti-horár io. Construa um triângulo simples e siga o exemplo: Command: rotate Current positive angle in UCS: A N G D I R = c o u n t e r c l o c k w i s e ANGBASE=0 Select objects: (Selecione as en- tidades) Select objects: (Dê Enter) Specify base point: (Clique como especificado na figura 3) Specify rotation angle or [Reference]: 90 Acompanhe a figura 2. Mirror Este é um exemplo de recurso que poupa bastante esforço em de- senhos com simetria bilateral. Se o esquema for simétrico, bastará fazer um lado e “espelhá-lo”, para isto é necessário indicar dois pontos per- tencentes a uma linha ima- ginária que servirá como referência para este “espelho”. Dessa forma, após selecio- nar as entida- des nas quais será aplicado o mirror, clique em um ponto afastado das entidades e se, no caso, o “es- pelho” ficar na vertical, clique em um ponto acima do primeiro ou digite @0,1 ou @0,2 que indica que o segundo ponto está deslocado ape- nas na vertical. Em seguida, digite n para não apagar as entidades se- lecionadas. Veja na figura 3. Command: mirror Select objects: (Selecione as en- tidades) Select objects: (Dê Enter) Specify first point of mirror line: Specify second point of mirror line: @0,1 Delete source objects? [Yes/No] <N>: n Sérgio Eduardo Macedo Rezende Figura 1 – Toolbar Modify. MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - aBRIL/20026 2 S O F T WA R E várias propriedades do layer que se- rão explicadas. Ao aparecer a caixa de diálogo Layer Properties Manager (figura 11) estamos prontos para configurar as características de cada layer. No entanto, é preciso criar novos layers para ficar mais claro seu entendimen- to, para isto clique no botão New e dê os nomes para os novos layers. Para ver mais detalhes clique no bo- tão Show Details. Agora, podemos explicar e atri- buir as propriedades de cada layer. Ao lado do nome observamos um ícone do bulbo de uma lâmpada, ao clicar nele estare- mos ativando ou desativando o layer. Em seguida, vemos um ícone de um sol ou gelo para congelar o layer, que pode ser mais utilizado em desenhos comple- xos. Os layers desativados não re- generam os dese- nhos agilizando o zoom. O ícone do cadeado, quando fechado, impede que se apaguem entidades perten- centes à respectiva camada. Criemos, por exemplo um layer chamado “Elétrico”, clicando na pro- priedade color e selecionando a cor azul. Em outro layer coloque o nome “Hidráulico” e na propriedade Li- neweight mude para 0.5 mm (esta pro- priedade é do AutoCAD 2000). A pro- priedade Linetype será explicada em seguida. Um passo importante ago- ra é clicar no Layer “Elétrico” e no botão Current para ativá-lo, e clicar em Ok. Agora desenhe uma circun- ferência. Em seguida, vá na Toolbar Object Properties (figura 10), clique na primeira caixa de opções e sele- cione o Layer “Hidráulico”. Desenhe outra circunferência (figura 12). Apesar de estar configurada para uma espessura maior, a circunferên- cia parece igual à outra, é preciso selecionar a opção para exibir espes- sura de linha. Para isso vá ao menu Tools, Options, e na guia User Pre- ferences, clique no botão Lineweight Settings e ative o checkbox Display Lineweight. Veja na figura 13. Como cada circunferência perten- ce a um layer, experimente ativá-los ou desativá-los clicando no ícone do bulbo de lâmpada. Ative a opção Lock clicando nos cadeados e tente apa- gar as circunferências e você perce- berá que isso não é possível. Linetype (Ddchprop) Uma das opções existentes no layer é o Linetype que está sendo ex- Figura 13 – Ativando espessura de linhas. Figura 10 – Layer. Figura 11 – Caixa de diálogo do Layer. Figura 12 – Figuras em diferentes layers. 6 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - ABRIL/2002 S O F T WA R E plicado independentemente do layer, pois é uma característica bastante im- portante para desenhos técnicos. Sua função é modificar a propriedade das linhas que serão construídas para, por exemplo, tracejadas ou pontilhadas. O primeiro passo a ser dado é carregar o arquivo de linhas digitando o comando linetype no menu de co- mandos. Com isso aparecerá a cai- xa de diálogos Linetype Manager, clique no botão Load e selecione a linha desejada na opção dos tipos de linhas disponíveis (figura 14). De vol- ta ao Linetype Manager, selecione o tipo de linha carregado e clique em Current. Agora, tente fazer uma linha hori- zontal de comprimento 10. Um pro- blema que provavelmente surgirá é que a linha não parecerá tracejada, o motivo é que sua escala não está adequada. Para isto dê um zoom na linha e digite no menu de comandos ltscale e digite um valor menor que um, por exemplo 0,1. Se não der cer- to, tente um valor maior que um. Observe a figura 15. Em muitos casos fizemos o de- senho e, por algum motivo, queremos modificar suas propriedades como a cor e o tipo de linha. Para estes ca- sos existe o comando ddchprop, bas- tando digitá-lo.Aparecerá uma caixa de diálogo lateral, selecione as enti- dades desejadas e modifique o que desejar. Acompanhe na figura 16. EXERCÍCIO Como foi dito anteriormente, para se ter prática com o AutoCAD e po- der compreender a importância dos comandos ensinados, é fundamen- tal praticar com exercícios. Na figu- ra 17 há um modelo simples em que devem ser treinados comandos como o fillet. Os arcos abaixo da circunfe- rência maior podem ser feitos pelo comando de circunferência usando Figura 14 – Modificando o tipo de linha. Figura 15 – Mudando a escala da linha. Figura 16 – Propriedades. Figura 17 – Exercício 1. MECATRÔNICA ATUAL Nº 3 - aBRIL/20026 4 S O F T WA R E o recurso de tan, tan e o raio, em seguida use o trim. Não esqueça que a peça possui simetria, logo use o comando mirror. Uma sugestão é que a parte da peça na cor marrom fique em um layer diferente do restante. Polygon e Ellipse Muitos projetos possuem figuras poligonais como, por exemplo, os pa- rafusos sextavados. O comando polygon pode ser utilizado para cons- truir estas figuras com facilidade. Ele pode ser acionado pelo menu superi- or em Draw, Polygon, em seguida digite o número de lados. A próxima opção é indicar se o polígono é inscri- to ou circunscrito a uma circunferên- cia. No exemplo abaixo o polígono é circunscrito. Na figura 18 são mos- trados os casos de polígono inscrito e circunscrito. Command: polygon Enter number of sides <4>: 6 Specify center of polygon or [Edge]: Enter an option [Inscribed in circle/Circumscribed about circle] <I>: c Specify radius of circle: 20 Desenhar elipses também é uma tarefa simples. Pode ser ativado pelo menu Draw ou digitando-se ellipse. Na figura 19. Command: ellipse Specify axis endpoint of ellipse or [Arc/Center]: c Specify center of ellipse: (Centro da elipse) Specify endpoint of axis: (Distân- cia entre centro e uma extremidade) Specify distance to other axis or [Rotation]: (Distância entre o centro e outra extremidade) EXERCÍCIO Para treinar, tente fazer o exercí- cio da figura 20 usando offset na medida indicada por 7. O arco de me- dida 37 deve ser feito pelo recurso tangente, tangente e raio. Em segui- da, usando o mirror tente chegar na figura 21. l Figura 21 – Propriedades. Figura 18 – Polígono. Figura 20 – Propriedades. Figura 19 – Elipse.